约瑟夫森效应
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约瑟夫森效应(英语:Josephson effect)是一种横跨约瑟夫森结的超电流(英语:supercurrent)现象[a]。约瑟夫森结由二个互相微弱连接的超导体组成,而这个微弱连结的组成结构可以是一个薄的绝缘层(称为超导体–绝缘体–超导体接面(英语:Superconducting tunnel junction),简称S-I-S),一小段非超导金属(简称S-N-S),或者是可弱化接触点超导性的狭窄部分(简称S-s-S)。
约瑟夫森效应是宏观量子效应(英语:macroscopic quantum phenomenon)的一种体现。它以英国物理学家布赖恩·约瑟夫森命名,这位物理学家在1962年提出了弱连结上的电流与电压关系式[1][2]。直流约瑟夫森效应在1962年之前已经在实验中被发现[3],但是当时被认为是“超短路”(super-shorts)或者是绝缘层的破损导致超导体之间电子的传递。第一篇宣称发现约瑟夫森效应的实验论文是由菲利普·安德森和约翰·罗威尔所发表[4]。这篇论文的作者们因此获得专利,该专利从未被强制执行、但也从未被挑战。
在约瑟夫森的预测之前,人们仅知道非超导状态的电子可以借由量子隧穿效应流过绝缘层。约瑟夫森首次预测了超导状态下库柏对的隧穿现象,也因此获得了1973年诺贝尔物理学奖[5]。约瑟夫森结在量子线路当中有许多重要的应用,例如超导量子干涉仪(SQUIDs)、超导量子计算(英语:Superconducting quantum computing)以及快速单磁通量子(英语:Rapid single flux quantum)(RSFQ)数字电子设备等。美国国家标准技术研究所对于1伏特的标准是由19,000个串连的约瑟夫森结阵列(英语:Josephson voltage standard)所达成的[6]。