约瑟夫森效应

1约瑟夫森效应报告人：张钊琦吕华2010年7月2提纲•1973年诺贝尔物理学奖介绍•约瑟夫森效应•SQUID简介34江崎利用参有高浓度杂质锗精制单晶体做成了薄p-n结中的隧道效应研制出了一种新型的半导体器件—隧道二极管。这种二极管具有独特而优异的反相负阻特性，可在开关电路、振荡电路、微波电路以及各种高速电路中获得广泛的应用，成为现代电子技术中最重要的器件之一。正是这项贡献使江崎获得了1973年诺贝尔物理学奖。贾埃沃用铝—氧化铝—铅结合膜做实验，中间的氧化层大约只有3*10-9m。成功的测出了电流电压特性曲线所得的结果正是预期的隧道效应。5约瑟夫森从理论上作出了预言，对于超导体—绝缘层—超导体相互接触的结构，只要绝缘层足够薄，超导体内的电子对就有可能穿透绝缘层势垒，导致如下效应：1.在零电压下，有直流超流产生，这一电流对磁场非常敏感，磁场加大，电流将迅速减小。2.在恒定电压下,既有直流超导电流产生，也有交流超流，其频率为2eV/h。3.如果在直流电压上再叠加一交流电压，其频率为v，则会出现一零斜率的电阻区，在这个区域内电流有傅里叶成分，电压V与v的关系为2eV/h=nv(其中n为整数)。6约瑟夫森效应TTcHHcIIc超导体的完全导电性当TTc时对于库珀电子对来说绝缘层相当于很窄的势垒，电子对会进入绝缘层而耦合，形成很小的超导隧道电流。7超导结的电流密度：sincsJJ/4ekJc式中其中Jc称为临界超导电流密度为两边库珀电子对波的相位差（1）8当有外场存在时其值为：210022AdleteV式中的0为初始相位差，A为电磁势。（2）由（1）（2）两式可知，超导结中的电流变化：时间有关外磁场有关受到临界电流的限制9直流约瑟夫森效应当V0=0，A=0时，有（1）和（2）可知，结中的隧道电流为：0sincsII（3）10当有外磁场时，若磁场方向与结面平行，则从理论上可以推出流过结的直流电流为：0sin)(BIIcs(4)式中)()sin()0()(00llccIBI为有外加磁场B时的临界电流为无外磁场时的临界电流)0(cI11由试验所得lcI曲线如图所示：超导量子衍射现象12交流约瑟夫森效应002sintVeJJcs在超导结两端加一恒电压V0，不加磁场，通过结的电流大于Ic，则结区处于“电阻—超导”混合态。由（1）（2）式可知通过结的电流密度为：（5）由（5）可见结中会有一交变的超导电流，其频率为：002Ve13自然，这种交流电能发射电磁波，其能量子的能量为：002eVhf相反地，若在结两端所加直流电压的基础上，再加一定频率的电磁波，则会在结中引起直流超导电流呢。从能量观点看，用能量子为的电磁波照射，结中便会有电压为0nenVV20014超导结的伏安特性曲线利用可实现精确的电压标准。enVn2015SQUID简介超导量子干涉（SupercoductingQuantumnInterferenceDevices）简称SQUID。将两个完全相同的超导结a、b并联，构成一个双超导环，称之为超导量子干涉仪（SQUID）。通过环的磁通为m产生干涉现象（AB效应）16通过理论计算可得合成电流密度：mceJJcossin2sinmecos为单结衍射因子为双结干涉因子2处的合成电流随环路磁通的变化而变化，并受到单结衍射电子的调制，类似与双缝衍射—干涉现象。17磁通电流变化曲线当mem时，2处电流最大。由于磁通量子化。因此，检测电流就能测量测通大小。利用这种超导量子干涉仪可对弱磁场做高精度的测量（可分辨10-15T）。18谢谢！