જોસેફસન અસર (Josephson effect) : અવાહક દ્રવ્યના પાતળા સ્તર વડે અલગ કરેલા બે અતિવાહક (super conducting) દ્રવ્યના ટુકડા વચ્ચે થતું વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન. આવા પ્રવાહનું વહન બે અતિવાહકને અલગ કરતા પાતળા પરાવૈદ્યુત (dielectric) સ્તરની આરપાર સુરંગ(tunnel)ની જેમ અતિવાહક વચ્ચે નબળા જોડાણ (જોસેફસન જંક્શન) દ્વારા યુગ્મિત (paired) ઇલેક્ટ્રૉન(કૂપર જોડ)ના માર્ગ દ્વારા થતું હોય છે.
બે અતિવાહકની વચ્ચે પાતળી અવાહક દીવાલ(barrier)માં થઈને કૂપર જોડકાંના ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીય સુરંગ-અસર(tunnel effect)ની સૈદ્ધાંતિક આગાહી વિજ્ઞાની બ્રિયાન ડી. જોસેફસને 1962માં કરી હતી. તેણે જોયું કે સામાન્ય સંજોગોમાં ઇલેક્ટ્રૉનના વહનથી મળતા વિદ્યુતપ્રવાહ ઉપરાંત સુરંગ અસરને કારણે, યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉનનો પ્રવાહ પણ મળે છે. અતિવાહકમાં બદ્ધ કૂપર જોડકાં સાથે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન પણ હોય છે. જોસેફસને ખાસ આગાહી કરી હતી કે જો પ્રવાહ અમુક ક્રાંતિપ્રવાહ (critical current) કરતાં વધે નહિ તો સુરંગ-ભિત્તિ વચ્ચે વિદ્યુતવિભવનો તફાવત પડતો નથી. કૂપર જોડકાંના યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉનમાંથી પરિણમતા શૂન્યવિદ્યુત વિભવ-પ્રવાહને જોસેફસન અસર કહે છે. અહીં મહત્ત્વની વાત એ છે કે અતિવાહકો વચ્ચે વિદ્યુતકોષ જોડવામાં ન આવે તો જ જોસેફસન પ્રવાહ મળે છે.
અતિવાહકો વચ્ચે વિદ્યુતકોષ જોડવામાં આવે તો વિદ્યુતપ્રવાહ એવાં દોલનો કરે છે કે જેથી કુલ સમાસપ્રવાહ શૂન્ય થાય છે. અતિવાહક નજીક ચુંબકીય ક્ષેત્ર હોય તો તે જોસેફસન પ્રવાહ ઉપર અસર કરે છે.
અતિવાહક વચ્ચે અશૂન્ય (non-zero) વિદ્યુતવિભવ હોય તો દોલન કરતા, પ્રત્યાવર્તી (alternating current) અતિપ્રવાહ(super current)ની આવૃત્તિ નીચેના સૂત્રથી મળે છે.
અહીં e = ઇલેક્ટ્રૉનનો વિદ્યુતભાર; h = પ્લાન્કનો અચળાંક અને V = વિદ્યુતવિભવ છે.
બીસીએસ(Bardeen – Cooper – Schrietter)ના સિદ્ધાંત મુજબ અતિવાહકતા એ અતિવાહક પદાર્થમાં ઉદભવતી ઇલેક્ટ્રૉનની સહસંબંધિત (corelated) ગતિનું પરિણામ છે. કેટલાક ભાગની આવી સહસંબંધિત ગતિથી કૂપર જોડકાંના નામે ઓળખાતા ઇલેક્ટ્રૉન જોડકાંની રચના થાય છે. જોસેફસનના મત અનુસાર આવાં કૂપર જોડકાં, ખાસ સંજોગોમાં, પાતળા વાહક વડે જોડાયેલા એક અતિવાહક ઉપરથી બીજા ઉપર જાય છે. ઇલેક્ટ્રૉન જોડકાંની આ પ્રમાણેની ગતિથી જોસેફસન પ્રવાહનું નિર્માણ થાય છે. જે પ્રક્રિયા દ્વારા ઇલેક્ટ્રૉન જોડકાં અવાહક સ્તરની આરપાર પસાર થાય તેને જોસેફસન સુરંગ પ્રભાવ કહે છે.
અતિવાહકના ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીય વર્ણનમાં, અતિવાહકમાં બધાં કૂપર જોડકાંની આવૃત્તિ અને કલા સમાન હોય છે; અને આ કલા-સુસંબદ્ધતા (phase coherence) જ અતિવાહકતાના તબક્કે પ્રવર્તતા મહત્વના ગુણધર્મો માટે કારણભૂત છે. કૂપર જોડકાંની સામાન્ય કલાને અતિવાહકની કલા કહે છે. અલગ અલગ કરેલા અતિવાહકની કલા વચ્ચે કોઈ સંબંધ નથી, જ્યારે પૂર્ણ સંપર્ક ધરાવતા અતિવાહકની કલા એકસરખી હોય છે. અતિવાહક વચ્ચેનું જોડાણ મંદ હોય તો તેમની કલાઓ ભિન્ન ભિન્ન હોય છે પરંતુ એકબીજીથી સ્વતંત્ર હોતી નથી.
બે અતિવાહક વચ્ચેના જે મંદ જોડાણ મારફત જોસેફસન અસર મળે છે, તેને જોસેફસન જંક્શન કહે છે. આવું જંક્શન એ બિંદુ-સ્પર્શ (point-contact) છે. સોયની અણી જેવા અતિવાહકને સપાટ અતિવાહક ઉપર સંપર્કમાં રાખવાથી બિંદુ-સ્પર્શ જંક્શન મળે છે. બિંદુ-સ્પર્શ વડે દબાણમાં ફેરફાર કરીને ક્રાંતિપ્રવાહનું મૂલ્ય ગોઠવી શકાય છે.
જોસેફસન અસરથી નિરપેક્ષ તાપમાન માપી શકાય છે. શૂન્યાવકાશ કરેલી કાચની નળી અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર જેવા જોસેફસન જંક્શન, એક પરિપથમાંથી બીજા પરિપથમાં મોકલવામાં આવતા સંકેતો (signals) માટે સ્વિચનું કાર્ય કરી શકે છે. જોસેફસન જંક્શન અતિવાહક પ્રયુક્તિ (device) હોઈ, તેમાં વીજળીનો નહિવત્ વ્યય થાય છે. જોસેફસન જંક્શન કમ્પ્યૂટર માટે પાયાના બધા જ જરૂરી પરિપથનો વિકાસ થયો છે. આવા કમ્પ્યૂટરની ઝડપ ઊંચી ઝડપવાળા અર્ધવાહક આધારિત કમ્પ્યૂટર કરતાં આશરે દશગણી વધારે છે.
પ્રહલાદ છ. પટેલ