1962 yılında o zamanlar 22 yaşında olan İngiliz öğrenci Brian D. Josephson , kısa bir süre sonra deneyse yollarla doğrulanabilmiş olan iki fiziksel etkinin varlığı hakkında öngörüde bulundu. Josephson Gerilim Standardı bu iki etkiden birine dayanmaktadır.
Josephson etkileri iki süper iletkenin zayıf bir şekilde örneğin aralarında birkaç nanometreyi aşmayan bir yalıtkan tabaka ile ayrılarak birbirlerine bağlanmaları durumunda kendini gösterir. Böylesi bir Josephson elemanı, bir mikrodalga ışınımına maruz bırakıldığında bu iki süper iletken arasında, sadece iki doğal sabit değerin katlarına (n= 1.2.3… ) ve mikrodalganın frekansına bağlı olan bir takım ayrık gerilim değerleri üretilir . Karakteristik eğride bu sabit gerilim Un basamak değerleri aşağıda verilen değerlerde üretilir:
Un = n x h/2e x f
Burada n=1,2,3…. Basamakların mertebesini, h Planck sabitini, ve temel yükü işaret etmektedir. Tarihsel nedenlerle bugün h/2e değil aksine bunun resiprokal karşılığı (2e/h ) Josephson Sabiti Kj olarak isimlendirilir.
70 Ghz mertebesindeki tipik bir mikrodalga frekansında iki bitişik basamak arasında mesafe 150 µV kadardır.
 |
Soldaki Şekil: konvansiyonel bir süperiletken-yalıtkan-süperiletken dizilimi için akım ve gerilim eğrisi, X: 100 µA/div.& Y: 1 mV/div.)
Sağdaki Şekil: Üstteki dizilimin mikrodalga ışınım altındaki akım-gerilim eğrisi . Sabit gerilim basamakları (Shapiro Basamakları ) açıkça görülebilmektedir.
|
Josephson Etkisi ile göreceli olarak 10 voltta 1 nV (milyarda bir )dan daha az belirsizliğe sahip gerilimler elde etmek mümkündür. Bu etkiden bu nedenle metrolojik enstitütülerde ve sanayiide hizmet veren kalibrasyon laboratuvarlarında sabit referans gerilimlerine temel etmesi için faydalanılır. Josephson sabitesi özellikle Josephson gerilim basamaklarının oluşturulması için gereken mikrodalga frekansındaki ancak çok kısa süreli olarak sağlanabilen güvenilirlikten ötürü gereken hassasiyeti tam olarak sağlayamadığı için tüm bilim camiasının üzerinde anlaştığı bir değer olarak KJ-90 değeri kullanılır: KJ-90= 483 597,9 GHz/V
PTB Metroloji Enstitüsündeki temiz oda ana üssünde toplamda 10 volt üretilecek şekilde onbinlerce Josephson elemanının bağlantısı gerçekleştirilmiş olup bunlar modern Josephson Gerilim Standardının merkezi öğeleri durumundadır.
 |
| 10 Volt Josephson Dizi Gerilim Standart Sistemi. |
Bay Josephson bu keşfinden ötürü 1973 yılında Nobel Fizik Ödülüyle onurlandırılmıştır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder