ปรากฏการณ์โจเซฟสัน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ปรากฏการณ์โจเซฟสัน
ในปี 1962มีการค้นพบทางทฤษฎีของตัวนำยวดยิ่งที่ทำให้การศึกษาค้นคว้าด้านตัวนำยวดยิ่งมีความตื่นเต้นเล็กๆกันอีกครั้ง โจเซฟสันได้เสนอทฤษฎีที่ว่าคู่คูเปอร์สามารถทะลุผ่านฉนวนบางๆ ที่กั้นกลางระหว่างตัวนำยวดยิ่งได้โดยไม่ต้องใส่แรงเคลื่อนไฟฟ้า ต่อมาได้ชื่อว่า ปรากฏการณ์โจเซฟสัน(Josephson effect)(B[1] ซึ่งเป็นแนวคิดที่มีความล้ำหน้ามากๆ โดยการทำนายเรื่องปรากฎการณ์ทะลุผ่านในแผ่นประกบตัวนำยวดยิ่งของเขาได้ถูกทำการทดลองยืนยันได้ในเวลาต่อมา และจากการค้นพบในครั้งนี้ทำให้เขาได้รรับรางวัลโนเบลในปี1973ซึ่งก็เป็น 1 ปีถัดไป หลังจาก บาร์ดีนคูเปอร์ และชรีฟเฟอร์ ได้รับรางวัลโนเบล
ในปี1973 มีผู้ได้รับรางวัลโนเบล 3คน คือ เบร์น เดวิด โจเซฟสัน ( Brian David Josephson) ลีโอ อีซากิ(Leo Esaki) ไอวา เกียเวอร์(Ivar Giaever) โดยได้รับรางวัล ½,¼,¼ ส่วนตามลำดับ ซึ่งจะพบว่าโจเซฟสันได้รับความสำคัญมากกว่าโดยได้รับรางวัลครึ่งส่วนของปีนั้น(The Nobel Foundation) มีความอธิบายการค้นพบที่ได้รับรางวัลว่า “for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors , respectively” โดยโจเซฟสันได้รางวัลสำหรับการศึกษาด้านทฤษฎีของตัวนำยวดยิ่ง เกียเวอร์ได้รางวัลสำหรับการทดลองการทะลุผ่าน (Tunneling) ในตัวนำยวดยิ่งและสารกึ่งตัวนำ ส่วนอีซากิได้รับรางวัลส่วนการทดลองการทะลุผ่านในสารกึ่งตัวนำ

โจเซฟสันเริ่มทำงานวิจัยนี้ขณะที่ยังเป็นนักศึกษาปริญญาเอก โดยมี เบร์น พิพาร์ด (Brian Pippard) เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา แต่ความคิดหลักของงานวิจัยเรื่องการทะลุผ่านี้เกิดจากการที่เขาได้ไปเยี่ยมห้องปฏิบัติการของ ฟิล แอนเดอร์สัน(Phil Anderson) ผู้ที่ทำการศึกษาเกี่ยวกับการทะลุผ่านของ กระแสยวดยิ่ง(Supercurrent)ซึ่งแอนเดอร์สันแสดงให้เห็นว่าสำหรับระบบที่มีปฏิสัมพันธ์กัน(Correlation) สามารถเกิดสถานะเสมือนในพิกัดตรงข้ามได้

ปรากฏการณ์โจเซฟสัน [2] เป็นปรากฏการณ์ที่สามารถทำให้เกิดได้ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม โดยเป็นปรากฏการณ์ที่คู่คูเปอร์ที่เป็นตัวนำในตัวนำยวดยิ่งสามารถทะลุผ่านฉนวนบางๆที่กันกลางระหว่างตัวนำยวดยิ่งได้ ปรากฏการณ์นีสามารถเกิดขึ้นได้2แบบ คือปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสตรง(DC Josephson effect) และปรากฏการณ์โจเซฟสันกระแสสลับ(AC Josephson effect)


1.ปรากฏการณ์โจเซฟสัน กระแสตรง(DC Josephson Effect) เป็นปรากฏการณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าตรงพุ่งทะลุผ่านบริเวณรอยต่อจากตัวนำยวดยิ่งด้านหนึ่งไปสู่ตัวนำยวดยิ่งอีกด้านหนึ่งได้ แม้จะมีฉนวนกั้นกลางอยู่โดยไม่มีการใส่สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

2.ปรากฏการณ์โจเซฟสัน กระแสสลับ (AC Josephson Effect) เมื่อใส่แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงให้แก่ระบบจะเกิดกระแสไฟฟ้าสลับไหลผ่านที่บริเวณรอยต่อของตัวนำยวดยิ่งทั้งสอง และจากค่าที่ได้สามารถนำมาคำนวณหาค่าħ/e ที่แม่นยำมากๆได้ พบว่ากระแสไฟ้ฟ้าที่ไหลผ่านรอยต่อจะมีค่าตามสมการโดยความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับเป็น ω=2eV/ħ และδ(0)คือความต่างเฟสเริ่มต้น t คือเวลา e คือประจุของอิเล็กตรอนและ V คือความต่างศักย์ที่ใส่เข้าไป

  1. ฺBuckel, W. 1991. Superconductivity:Fundamentals and Applications.New York:VHC Pulisher.
  2. Kittel, C. 1991. Introduction to Solid State Physics. 6th ed. Singapore:Yohn Wiley&Sons.