[科普中國]-交流約瑟夫森效應(yīng)

對于S(超導(dǎo)體)-I(絕緣體)-S(超導(dǎo)體) 隧道結(jié)，當(dāng)電流超過S-I-S超導(dǎo)隧道結(jié)的臨界電流時, 在S-I-S超導(dǎo)隧道結(jié)的兩端加一個直流電壓V時，在結(jié)區(qū)會出現(xiàn)交變的超導(dǎo)隧道電流, 這就是交流約瑟夫森效應(yīng)。

定義如果在S(超導(dǎo)體)-I(絕緣體)-S(超導(dǎo)體) 隧道區(qū)兩端加上一直流電壓V(當(dāng)然,這時電流大于臨界電流),在結(jié)區(qū)就出現(xiàn)高頻的超導(dǎo)正弦波電流，其頻率與所施加的直流電壓成正比,有如下關(guān)系式：

或 ，其中比例常數(shù)2e/h=483.6*106HZ/μV。

這時，結(jié)區(qū)以同樣的頻率(若所加電壓是幾微伏,則在微波區(qū)域;若為幾毫伏,則在遠(yuǎn)紅外波段)向外輻射電磁波。超導(dǎo)隧道結(jié)這種能在直流電壓作用下,產(chǎn)生超導(dǎo)交流電流,從而能輻射電磁波的特性,稱為交流約瑟夫森效應(yīng)。1

如果用頻率為 的微波輻照約瑟夫森結(jié),當(dāng)結(jié)的約瑟夫森頻率 等于 的n次倍頻，即

，（n=0,1,2,3...）時,外加微波和結(jié)輻射的電磁波發(fā)生共振,則在I-V特性上可以測到恒壓電流,隨著n=0,1,2,…, 在I-V特性上出現(xiàn)階梯效應(yīng),。有人以 10GHz的輸入頻率已觀察階梯數(shù)高于500。呈現(xiàn)約瑟夫森效應(yīng)的結(jié)構(gòu),通常稱為約瑟夫結(jié)、超導(dǎo)結(jié)或弱連接超導(dǎo)體。

應(yīng)用利用交流約瑟夫森效應(yīng)來監(jiān)視電壓單位的基準(zhǔn)器2，已在美國、日本、英國和加拿大等國家立為法定的保持電壓基準(zhǔn)器的方法。右圖是國際計量局所設(shè)的約瑟夫森基準(zhǔn)室正在工作的情況。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

韓拯 - 研究員 - 中國科學(xué)院金屬研究所