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約瑟夫森效應
鎖定
- 中文名
- 約瑟夫森效應
- 外文名
- Josephson effect
- 領 域
- 量子力學
約瑟夫森效應簡介
約瑟夫森效應(英語:Josephson effect)是一種橫跨約瑟夫森結的超電流現象。約瑟夫森結由二個互相微弱連接的超導體組成,而這個微弱連結的組成結構可以是一個薄的絕緣層(稱為超導體–絕緣體–超導體接面,簡稱S-I-S),一小段非超導金屬(簡稱S-N-S),或者是可弱化接觸點超導性的狹窄部分(簡稱S-s-S)。
約瑟夫森效應是宏觀量子效應的一種體現。它以英國物理學家布賴恩·約瑟夫森命名,這位物理學家在1962年提出了弱連結上的電流與電壓關係式。直流約瑟夫森效應在1962年之前已經在實驗中被發現,但是當時被認為是“超短路”(super-shorts)或者是絕緣層的破損導致超導體之間電子的傳遞。第一篇宣稱發現約瑟夫森效應的實驗論文是由菲利普·安德森和約翰·羅威爾所發表。這篇論文的作者們因此獲得專利,該專利從未被強制執行、但也從未被挑戰。
在約瑟夫森的預測之前,人們僅知道非超導狀態的的電子可以藉由量子隧穿效應流過絕緣層。約瑟夫森首次預測了超導狀態下庫柏對的隧穿現象,也因此獲得了1973年諾貝爾物理學獎。約瑟夫森結在量子線路當中有許多重要的應用,例如超導量子干涉儀(SQUIDs)、超導量子計算以及快速單磁通量子(RSFQ)數字電子設備等。美國國家標準技術研究所對於1伏特的標準是由19,000個串連的約瑟夫森結陣列所達成的。
[1]
約瑟夫森效應特性
每一個約瑟夫森結都具有一個臨界電流(電流大小與藍綠色部分的寬度和電子能帶結構等有關)。如果流過約瑟夫森結的電流小於這個臨界電流,則約瑟夫森結上無電壓降。電流稍大於臨界值,就會發生多重安德烈夫反射。電流大到使結兩邊電壓差超過超導體的帶隙時,電流-電壓關係就變得線性,多重安德烈夫反射消失。
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約瑟夫森效應應用
約瑟夫森結有許多種類,例如pi型約瑟夫森結、varphi型約瑟夫森結、長型約瑟夫森結以及超導隧穿接面等。達依坶橋是一種約瑟夫森結的薄膜變體,其弱連結由數微米尺度的超導導線所組成。一個裝置的複雜度可用其約瑟夫森結數作為基準衡量。約瑟夫森效應有廣泛的應用,例如:
- 單一電子晶體管通常用超導材料製造,從而可利用約瑟夫森效應實現新穎的效果。這種裝置稱為“超導單電子晶體管”。
- RSFQ數字電路是基於並聯的約瑟夫森結。在這個情況,接面開關與一個帶數字信息的磁通量量子的釋放有關。 [2]
約瑟夫森效應參見
- 約瑟夫森電流
- 約瑟夫森能量
- 參考資料
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- 1. 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.
- 2. Josephson, B. D. Possible new effects in superconductive tunnelling. Physics Letters. 1962, 1 (7): 251. doi:10.1016/0031-9163(62)91369-0.
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