约瑟夫森效应

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美国国家标准局开发的约瑟夫森结阵列芯片,以作为标准电压

约瑟夫森效应 是指在通过约瑟夫森结(JJ)时发生的超流效应——即在没有任何电压作用的情况下有电流流过一个不定的距离。约瑟夫森结是由两个超导体通过弱连接构成的。其中弱连接可以用薄绝缘壁(称为超导-绝缘-超导接点,或S-I-S)、短的非超导金属节(S-N-S)或一种物理上能收缩以减弱连接点超导性的物质(S-s-S)构成。 约瑟夫森效应是一个巨观量子效应。它是以英国物理学家布赖恩·约瑟夫森的名字命名的,约瑟夫森在1962年论证了通过弱连接的电流和电压之间的数学关系。[1][2] 事实上,约瑟夫森效应在1962年以前已经在实验上观测到了,[3]但是被认为是由于连接部分过短或者绝缘壁的破坏导致了电子能够在超导体之间传导。这个前期的解释是有争议的。第一个发表文章声明发现约瑟夫森效应并做了相关实验验证的是Anderson和Rowell。[4]他们被授予了这个效应的专利权,但从来没有实施,也没有被挑战。在约瑟夫森的论证前,人们认为它只是正常的(即非超导性的)电子通过量子隧穿穿过了绝缘壁而已。是约瑟夫森第一个把它解释为具有超导性的库伯对的隧穿效应。因这项工作,约瑟夫森在1973年被授予了诺贝尔物理学奖[5]约瑟夫森结在量子电路中由广泛的应用,例如SQUID超导量子比特RSFQ数值电路等。

Dayem桥是一种不同于约瑟夫森结的薄层,它是由一根几微米或更短尺寸的超导线构成的弱连接部分。[6][7]

特性[编辑]

每一个约瑟夫森结都具有一个临界电流(电流大小与图中蓝绿色部分的宽度和电子能带结构等有关)。如果流过约瑟夫森结的电流小于这个临界电流,则约瑟夫森结上无电压降。电流稍大于临界值,就会发生多重安德烈夫反射。电流大到使结两边电压差超过图中超导体带隙时,电流-电压关系就变得线性,多重安德烈夫反射消失。
JosephsonJunction.jpg

应用[编辑]

用两个约瑟夫森结把两根超导导线连成一个环,就制备了一个超導量子干涉儀(SQUID)。

Josephson energy英语约瑟夫森能量[编辑]

参考文献[编辑]

  1. B. D. Josephson. The discovery of tunnelling supercurrents. Rev. Mod. Phys. 1974; 46(2): 251-254.
  2. Pablo Jalliro-Herrero et al, Quantum supercurrent transistors in carbon nanotubes. Nature. 2006;439: 953-956

參看[编辑]


参考文献[编辑]

  1. ^ Josephson, B. D., "Possible new effects in superconductive tunnelling," Physics Letters 1, 251 (1962) doi:10.1016/0031-9163(62)91369-0
  2. ^ Josephson, B. D. The discovery of tunnelling supercurrents. Rev. Mod. Phys. 1974, 46 (2): 251–254. Bibcode:1974RvMP...46..251J. doi:10.1103/RevModPhys.46.251. 
  3. ^ Josephson, Brian D. The Discovery of Tunneling Supercurrents (Nobel Lecture). December 12, 1973. 
  4. ^ Anderson, P W; Rowell, J M. Probable Observation of the Josephson Tunnel Effect. Phys. Rev. Letters. 1963, 10: 230. Bibcode:1963PhRvL..10..230A. doi:10.1103/PhysRevLett.10.230. 
  5. ^ The Nobel prize in physics 1973, accessed 8-18-11
  6. ^ Anderson, P. W., and Dayem, A. H., "Radio-frequency effects in superconducting thin film bridges," Physical Review Letters 13, 195 (1964), doi:10.1103/PhysRevLett.13.195
  7. ^ Dawe, Richard. SQUIDs: A Technical Report - Part 3: SQUIDs (website). http://rich.phekda.org. 28 October 1998 [2011-04-21]. 

外部链接[编辑]