PL 
EnglishDomyślny
Українська⚡ Złącze Josephsona — stałoprądowy i zmiennoprądowy efekt Josephsona
Poznaj stały i zmienny efekt Josephsona: nadprąd tuneluje przez cienką barierę izolacyjną, a po przyłożeniu napięcia faza oscyluje z częstotliwością 2eV/h.
O tej symulacji
Ta symulacja całkuje model RCSJ (złącze bocznikowane rezystancyjnie i pojemnościowo) złącza Josephsona, w którym nadprąd I = Ic·sin(φ) zależy wyłącznie od kwantowej różnicy fazy φ między dwoma słabo sprzężonymi nadprzewodnikami. W trybie DC przykładany jest stały prąd wymuszający, a równanie ruchu fazy jest rozwiązywane metodą Rungego-Kutty 4. rzędu, ujawniając, czy złącze pozostaje bezstratne, czy przechodzi w stan rezystancyjny. W trybie AC stałe napięcie wymusza narastanie fazy ze stałym tempem, odtwarzając zależność napięciowo-częstotliwościową Josephsona dφ/dt = 2eV/ħ. Trzy powiązane panele — portret fazowy, nadprąd w domenie czasu i charakterystyka I-V — pozwalają obserwować oba te reżimy i ich przejście w czasie rzeczywistym.
🔬 Co pokazuje
Portret fazowy wykreśla φ mod 2π względem dφ/dt, ukazując zamknięte orbity, gdy złącze jest nadprzewodzące, i dryfujące trajektorie po przejściu do gałęzi rezystancyjnej. Panel domeny czasu śledzi nadprąd Is(t) względem granic ±Ic, a panel I-V przemiata prąd wymuszający, budując charakterystykę średniego napięcia, pokazując ostre kolano przy prądzie krytycznym.
🎮 Jak korzystać
Przełącz selektor Tryb między Josephson DC (sterowanie prądowe) a Josephson AC (sterowanie napięciowe). Ustaw prąd krytyczny Ic (0,1–2,0), stosunek prądu wymuszającego I/Ic (0–2,0) dla trybu DC oraz napięcie sterujące V (0,05–3,0) dla trybu AC. Suwak tłumienia ustala βc−½ (0,05–2,0), odwrotność pierwiastka parametru McCumbera, dostrajając złącze od nadmiernie do niedostatecznie tłumionego. Pauzuj, resetuj lub otwórz panel Info przyciskami na ekranie.
💡 Czy wiesz, że…
Ponieważ częstotliwość Josephsona fJ = 2eV/h łączy napięcie bezpośrednio z częstotliwością poprzez stałe fundamentalne, tablice złączy sterowanych mikrofalami wytwarzają skwantowane stopnie napięcia (stopnie Shapiro) na tyle precyzyjne, by definiować międzynarodowy standard wolta, podczas gdy pętle złączy zwane SQUID-ami mierzą pola magnetyczne aż do skali femtotesli.
Najczęściej zadawane pytania
Jaka jest różnica między trybem DC a trybem AC?
Tryb DC steruje złączem prądowo: ustawiasz I/Ic, a symulacja całkuje równanie fazy, by ustalić, czy wynikiem jest faza statyczna (zerowe napięcie), czy faza rotująca (skończone napięcie). Tryb AC steruje napięciowo: ustawiasz bezpośrednio V, a faza jest wymuszana do narastania ze stałym tempem dφ/dt = 2eV/ħ, zawsze dając oscylujący nadprąd.
Co dokładnie kontroluje suwak tłumienia?
Sterowanie tłumieniem ustala βc−½, odwrotność pierwiastka parametru McCumbera, występującego w równaniu ruchu RCSJ. Niskie wartości odpowiadają złączu niedostatecznie tłumionemu, o wysokim Q, którego krzywa I-V wykazuje histerezę, a wysokie wartości odpowiadają złączu nadmiernie tłumionemu, przełączającemu się płynnie między gałęzią nadprzewodzącą i rezystancyjną bez histerezy.
Dlaczego portret fazowy czasem kreśli zamknięte pętle, a czasem dryfuje na boki?
Zamknięta pętla oznacza, że faza φ oscyluje wokół punktu stałego, nigdy nie kończąc pełnego obrotu — złącze jest nadprzewodzące i przenosi statyczny (lub ograniczony) nadprąd. Trajektoria dryfująca ciągle w poprzek panelu oznacza, że φ nawija się bez końca, co odpowiada bieżącemu, uśrednionemu w czasie napięciu: złącze przeszło do gałęzi rezystancyjnej.
Co przedstawia panel I-V i dlaczego pojawia się na nim kolano?
Przemiata on prąd wymuszający DC od zera do 2,5·Ic, ustala dynamikę fazy przy każdej wartości i mierzy wynikowe uśrednione w czasie napięcie ⟨dφ/dt⟩. Poniżej Ic średnie napięcie pozostaje zerowe, ponieważ faza może pozostawać nieruchoma; gdy tylko prąd wymuszający przekroczy Ic, żadna statyczna faza nie może zrównoważyć prądu, więc faza zaczyna rotować, a średnie napięcie gwałtownie rośnie — kolano oznacza prąd krytyczny.
Co fizycznie dzieje się, gdy prąd wymuszający przekracza Ic?
Gdy I/Ic przekroczy 1, złącze nie może już utrzymać stałej różnicy fazy, więc φ zaczyna rotować w sposób ciągły, zamiast ustalać się na stałej wartości. Każdy pełny obrót φ o 2π odpowiada przejściu jednego kwantu strumienia przez złącze, a uśredniona w czasie prędkość rotacji objawia się jako rzeczywiste napięcie na złączu, przesuwając wskaźnik stanu z „NP” na „Rezystancyjny”.