约瑟夫逊效应

约瑟夫逊效应(Josephsoneffect)

一种宏观量子效应，指库珀电子对在弱耦合两超导体之间无损耗流动的隧道效应。

1962年约瑟夫逊对两块被一很薄的绝缘体(约2nm)隔开的超导材料(此结构称为约瑟夫逊结或弱连接)进行了研究。由于两块超导体之间存在着一定的弱耦合，约瑟夫逊发现：(1)两块超导体之间宏观量子波函数的相位差将锁定为一常量，库珀电子对将可以无损耗地由一块超导体隧道输运到另一块超导体，形成超导隧道电流Is，Is又称约瑟夫逊电流，其方向和相位差φ=φ1_φ2梯度方向相反。(2)两块超导体之间若有电压差y存在，此时波函数的相位差并不锁定在一起为一常量，而是彼此相对地、严格地按照与相关电压差y的比率发生滑移。流过约瑟夫逊结中的超导隧道电流为具有频率与电压成正比的交流分量。(3)在有外磁场时，约瑟夫逊结两端的宏观量子波函数相位差将随空间坐标而变化。

上述物理现象，约瑟夫逊用如下的方程式即称之为约瑟夫逊方程的方程式表示：当外加磁感应强度B与约瑟夫逊结平面驯平行时，式中：Ic为约瑟夫逊结临界电流；φ为约瑟夫逊结宏观量子波函数相位差；V为约瑟夫逊结两端电压差；e为电子电荷，，h为普朗克常数：分别为两块超导体穿透深度，d为绝缘层厚度；Bx、By，分别为B在z、y方向上的分量。

从约瑟夫逊方程可得到磁场在约瑟夫逊结中的穿透深度λj，它与超导体的穿透深度不同，称为约瑟夫逊穿透深度。