錸

[拼音]：Yusefuxun xiaoying

[英文]：Josephson effect

超導電子對借量子隧道效應通過兩塊超導體之間的絕緣層的現象。如果兩塊金屬之間有極小的間隙或極薄的絕緣層（如氧化層），當兩塊金屬加有電壓時，根據經典力學，它們之間不會有電流通過；根據量子力學，電子仍有一定的機率穿過勢壘，形成電流，這種現象稱為隧道效應。這種結構稱為隧道結。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2電子伏／時，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。

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表徵超導長程式，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，位相與座標無關，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。

約瑟夫遜效應主要用於：

（1）用約瑟夫遜效應制成高靈敏度磁強計，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應用。

（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。