[科普中国]-交流约瑟夫森效应

对于S(超导体)-I(绝缘体)-S(超导体) 隧道结，当电流超过S-I-S超导隧道结的临界电流时, 在S-I-S超导隧道结的两端加一个直流电压V时，在结区会出现交变的超导隧道电流, 这就是交流约瑟夫森效应。

定义如果在S(超导体)-I(绝缘体)-S(超导体) 隧道区两端加上一直流电压V(当然,这时电流大于临界电流),在结区就出现高频的超导正弦波电流，其频率与所施加的直流电压成正比,有如下关系式：

或 ，其中比例常数2e/h=483.6*106HZ/μV。

这时，结区以同样的频率(若所加电压是几微伏,则在微波区域;若为几毫伏,则在远红外波段)向外辐射电磁波。超导隧道结这种能在直流电压作用下,产生超导交流电流,从而能辐射电磁波的特性,称为交流约瑟夫森效应。1

如果用频率为 的微波辐照约瑟夫森结,当结的约瑟夫森频率 等于 的n次倍频，即

，（n=0,1,2,3...）时,外加微波和结辐射的电磁波发生共振,则在I-V特性上可以测到恒压电流,随着n=0,1,2,…, 在I-V特性上出现阶梯效应,。有人以 10GHz的输入频率已观察阶梯数高于500。呈现约瑟夫森效应的结构,通常称为约瑟夫结、超导结或弱连接超导体。

应用利用交流约瑟夫森效应来监视电压单位的基准器2，已在美国、日本、英国和加拿大等国家立为法定的保持电压基准器的方法。右图是国际计量局所设的约瑟夫森基准室正在工作的情况。

本词条内容贡献者为:

韩拯 - 研究员 - 中国科学院金属研究所