超導隧道效應於20世紀60年代發現，它首先由約瑟夫森在理論上預言，後被實驗證實，所以也叫約瑟夫森效應。此效應是在弱連線超導體中發現的。
基本介紹
- 中文名：超導隧道反應
- 外文名：Superconducting tunneling reaction
- 起源：20世紀60年代
- 結構：超導層-絕緣層-超導層即S-I-S
簡介,結構,形式及特點,套用,
簡介
20世紀60年代在超導研究中的一個重大發現是超導隧道效應，它首先由約瑟夫森在理論上預言，不久後即被實驗證實，所以也叫約瑟夫森效應。這個效應是在弱連線超導體中發現的。
結構
弱連線超導體是在兩塊超導體中間夾一塊納米厚度的絕緣膜，形成超導層-絕緣層-超導層（S-I-S）的結構，類似於夾層很薄的一塊三明治，如圖所示，稱之為約瑟夫森結，也叫超導隧道結。由於中間的絕緣層比較薄，使兩側的超導體在電磁性質，上弱耦合在一起。假如，當有一很小的電流從超導體穿過絕緣層而流到另一超導體時，該電流沒有超過這種結構的臨界電流（I），則兩側的超導體層之間沒有電壓， 整個弱連線超導體呈現零電阻性。 兩超導體中間的絕緣（真空，正常）層能讓超導電流通過的現象即叫超導隧道效應。
結構
結構形式及特點
根據以上隧道結的原理，兩塊超導體中間夾一層金屬也可形成約瑟夫森結（S-N-S）。進而中間不夾東西（真空），只是靠得很近也可形成約瑟夫森結（掃描隧道電子顯微鏡用的結）。約瑟夫森結還可以是兩塊超導體的點接觸，或微橋接觸等結構，其關鍵是讓兩塊超導體間能有弱連線而導致隧道效應。弱連線超導體中的弱體現在兩方面：一是結的臨界電流（I）很小， 這意味著很小的電流就會破壞零電阻性；二是它對磁場極為敏感。在此，很弱的磁場是指通過結的磁通量只要變化Φo/2時就足以使通過結的電流從最大變到最小。
套用
因為Φo是個極小的磁通量，利用這個對微弱磁通量極度靈敏的特性，製成了直流超導量子干涉器件（DC SQUID），它是超導量子干涉器件的一種。同樣利用約瑟夫森結也製成了交流（射頻） SQUID。約瑟夫森效應已成為微弱電磁信號探測和其他各種電子學套用的物理基礎。另外還有一種叫單電子隧道結的隧道結，在該結上產生單電子隧道效應。單電子隧道效應是測量超導能隙的一個重要方法，掃描隧道電子顯微鏡（STM）就是根據單電子隧道效應的基本原理造成的。
