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Concept
Effet Josephson
Résumé
En physique, l’effet Josephson se manifeste par l'apparition d'un courant entre deux matériaux supraconducteurs séparés par une couche faite d'un matériau isolant ou métallique non supraconducteur.
Dans le premier cas, on parle de « jonction Josephson S-I-S » (supraconducteur-isolant-supraconducteur) et dans le second de « jonction S-M-S ».
On distingue deux types d'effets Josephson, l'effet Josephson « continu » (D.C. Josephson effect en anglais) et l'effet Josephson « alternatif » (A.C. Josephson effect). Ces deux effets ont été prédits par Brian David Josephson en 1962 à partir de la théorie BCS. Ces travaux lui ont valu le prix Nobel de physique en 1973, avec Leo Esaki et Ivar Giaever.
Bien que les paires de Cooper ne puissent pas exister dans un isolant ou un métal non supraconducteur, si la couche qui sépare les deux supraconducteurs est suffisamment mince, elles peuvent la traverser par effet tunnel et garder leur cohérence de phase. C'est la persistance de cette cohérence de phase qui donne lieu à l'effet Josephson.
Le courant supraconducteur de paire de Cooper qui traverse la barrière isolant par effet tunnel s'écrit :
où Ic est un courant caractéristique (dit courant critique) de la jonction et est la différence de phase aux bornes de la jonction.
D'autre part, la phase supraconductrice étant canoniquement conjuguée avec le nombre de particules, elle obéit à l'équation du mouvement :
où e est la charge élémentaire, et V1 - V2 est la différence de potentiel existant entre les deux supraconducteurs. Il en résulte que :
Autrement dit, l'application d'une différence de potentiel entraîne des oscillations du courant supraconducteur à une pulsation . L'effet Josephson alternatif fournit ainsi un moyen de mesurer le rapport ou de relier les standards du volt et de la seconde.
L'équation du paragraphe ci-dessus, liant le courant à la tension appliquée à la jonction, peut tout à fait s'écrire à tension nulle. On obtient alors un courant continu Ic caractéristique de la jonction et appelé "courant critique".
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