超導隧道效應（superconducting tunnel effect），被一個薄勢壘層（如薄絕緣層）隔開的兩塊超導體之間存在的超導電子對電流（簡稱超流）的量子力學隧道效應。
基本介紹
- 中文名：超導隧道效應
- 外文名：superconducting tunnel effect
解釋
超導隧道電流的方向和大小與勢壘兩邊超導體中電子對的位相差有關，並且存在一個對磁場很敏感的稱為臨界電流的上限值。當兩塊超導體之間的電壓為零時，隧道電流是直流；加上電壓時，隧道電流作高頻振盪，振盪頻率與電壓成正比。比例係數為電子對電量2e（電子電量的兩倍）與普朗克常數h之比，約為483 598×109赫/伏。在一定電流範圍內，因為共振的緣故，電壓很容易被一個微波場鎖定在它的基頻和諧頻點上，從而在伏–安特性曲線中呈現電流台階。
這已成為現代電壓基準的基礎。超導隧道效應又稱為約瑟夫森效應，是英國B.D.約瑟夫森於1962年從理論上預言的，並在第二年被P.W.安德森和J.M.羅厄耳的實驗所證實。這一發現使約瑟夫森獲得1973年諾貝爾物理學獎。超導隧道效應的起因是勢壘兩邊超導體中電子對之間的弱耦合。
這種有弱耦合的超導體結構被稱為弱連線或約瑟夫森結。約瑟夫森結的耦合勢能也與電子對之間的位相差有關。通常位相差被局域在勢能相對極小的一個區域內。但位相差也可由隧道過程穿透勢壘從一個區域進入到另一個區域。這種巨觀多個電子對的量子態位相的隧穿過程稱為巨觀量子隧道。
這也是一種超導隧道效應。超導隧道效應已廣泛套用於計量科學、弱信號檢測等領域。最近的研究表明，在極低溫條件下，用約瑟夫森結中的巨觀量子態可組成可控的兩狀態系統——量子比特（見量子資訊理論），它是量子計算的基本單元。約瑟夫森量子比特是基於超導隧道效應的“超導量子電子學”中一個最新、最活躍的研究領域。
