線上形量子力學中，由於電子等微觀粒子具有波粒二象性，當兩塊金屬被一層厚度為幾十至幾百A的絕緣介質隔開時，電子等都可穿越勢壘而運動。加電壓後，可形成隧道電流，這種現象稱為隧道效應。 若把上述裝置中的兩塊金屬換成超導體後，當其介質層厚度減少到30A左右時，由超導電子對的長程相干效應也會產生隧道效應，稱為約瑟夫遜效應
基本介紹
- 中文名：約瑟夫遜效應
- 提出者：B.D.約瑟夫遜
- 提出時間：1962年
- 套用學科：物理
原理簡介,物理機制,主要套用,
原理簡介
1962年，B.D.約瑟夫遜計算了兩邊都是超導體結的隧道效應，得到以下重要結果：①在超導結中電子對可以通過氧化層形成超導電流，而結上並不出現電壓，稱為直流約瑟夫遜效應。在外磁場中，超導結的最大超導電流隨磁場出現規律性的變化。②當結上加有電壓U時，產生高頻超導電流,效率為2eV/h（h為普朗克常數)，這稱為交流約瑟夫遜效應。
1963年，C.D.安德森和J.H.羅厄爾在實驗中觀察到直流約瑟夫遜效應。羅厄爾又在實驗中證實了最大超導電流與磁場的關係，約瑟夫遜的理論遂得到完全的證實。
物理機制
約瑟夫遜效應的物理機制是：超導態是一種新的長程有序相，這時電子凝聚成電子對。電子對可用序參量φ(r)描寫。φ(r)的位相φ表征超導長程式,在某點確定它的值後，其他點的值也就確定了。大塊超導體內部電流和矢勢等於零，位相與坐標無關，是一個常數。如果中間氧化層相當厚,位相相關被破壞，φ1與φ2無關。如果中間氧化層足夠薄，則兩邊的波函式滲入氧化層而互相關聯起來。當位相差不為零時，氧化層附近的波函式必然波動,引起電子對的流動。當φ1-φ2為常數時,有零壓電流通過結，即發生直流約瑟夫遜效應。
主要套用
約瑟夫遜效應主要用於：
① 用約瑟夫遜效應製成高靈敏度磁強計，靈敏度達10高斯，可測量人體心臟跳動和人腦內部的磁場變化，作出“心磁圖”和“腦磁圖”。在物理研究和地質探礦等方面也得到套用。
② 在計量方面，70年代初期研製出電壓基準監視系統。約瑟夫遜效應還用於製作高精度檢流計、電壓比較儀、電流比較儀和用於射頻電壓、電流、功率及衰減的精密測量。
③ 用作毫米波、亞毫米波的檢波器和混頻器，其優點是噪聲低、頻頻寬、損耗小。
④ 約瑟夫遜結可用作計算機中的開關和記憶元件。開關速度已達到10皮秒，功耗也很小。
