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1、约瑟夫森效应,王伟迪2018年5月16日,表彰他们分别在有关半导体和超导体中的隧道现象的实验发现。,表彰他对穿过隧道壁垒的超导电流所作的理论预言，特别是关于普遍称为约瑟夫森效应的那些现象。,Outline,1962年约瑟夫森（Josephson）研究了两块超导体被一层薄绝缘层分开的S-I-S结，从理论上预言了会出现如下的物理现象：（1）当两端电压为零时，可以存在一股很小的超导电流，这是超导电子对的隧穿电流。电流有临界电流密度Jc，它依赖于磁场。 直流约瑟夫森效应。（2）若在隧道结两端加一个恒定电压V0，则隧穿电流将按照频率 随时间变化，形成交流隧穿。 交流约瑟夫森效应,1.约瑟夫森效应的内容：
2、,2.理论推导,（1.1）直流无外场（A=0）当A=0时，根据G-L方程，超导体1中沿z方向的电流密度为：当氧化层厚度d（相干长度）时，根据边界条件：实际情况是d只有1-2nm，超导相干长度大致等于库柏对尺寸c，c10-4cm，所以，此时情况恰好相反，即d，这时 与 均可以部分地透入对方。通常可以用一个唯象的“边界”条件表示：这个边界条件的物理含义为：电子运动所产生的超电流（ ）从超导体1向超导体2中转移，从而成为超导体2中的凝聚对，并用 描述。,将边界条件代入到电流密度定义式中得：,所以可得：,（1.2）直流有外场（包括电场E和磁场B）,ns表示局域密度,其中：e*=2e和m*=2m，物理上
3、对应于库珀对传输超电流，而超电流速度为：,根据规范不变性可得：当对矢势A做规范变换 时，相位也必须变化 才能保证Vs不变。,之前的相位差 不满足条件因此，要取相位差为：,考虑两个半无限的超导体1与2被一个沿z方向厚度为d的氧化层所隔开，磁场B0沿y轴，这是矢量势为：,则相位随x变化为：,考虑 在1与2中各有 的磁场穿透深度，在恒定磁场情形下：,对于x方向长度为D和y方向长度为L的隧道结，流过总面积为LD，隧道结的超电流为：,其中，总磁通量为 ，磁通量子为,这时通过隧道结的超电流的最大值可以表示为：,summary one,（2）交流情形,由规范不变性的相位差公式,如何验证交流情况？,如果用频率为的微波辐射照射处于直流偏压V0的约瑟夫森结上，则隧道结两边的电压为：,使用公式：,3.约瑟夫森效应的应用,可见电流随变化，当等于0整数倍时，电流出现极大。超导环中的磁通量只需改变两个磁通量子0，电流变化一个周期。一个磁通量子0约为210-15Wb.,summary two,（1）交流情况的推导,当两端电压一定为V0时,（2）交流情况的验证,加频率为的微波,利用关系式,此时js中将出现不随时间变化的直流项。I-V曲线出现台阶。,（3）约瑟夫森效应的应用,1.设定n,可测V02.设定V0和，可测,超导量子干涉仪,
