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2024-11-19 05:32本頁面
【正文】 電子對能夠以隧道效應(yīng)穿過絕緣層，在勢壘兩邊電壓為零的情況下，將產(chǎn)生直流超導(dǎo)電流。而在勢壘兩邊有一定電壓時，還會產(chǎn)生特定頻率的交流超導(dǎo)電流。,在Josephson預(yù)言這一現(xiàn)象之后幾個月，P.W.Anderson和J.M.Rowell證實了此預(yù)言。,超導(dǎo)體絕緣體超導(dǎo)體(SIS)結(jié)： Josephson結(jié),在該理論的基礎(chǔ)上誕生了一門新的學(xué)科——超導(dǎo)電子學(xué)。,第五十四頁，共七十一頁。,SIS結(jié)：弱連接超導(dǎo)體,弱連接超導(dǎo)體：超導(dǎo)電流能夠穿過絕緣層并不引起電壓降，夾在中間的絕緣層也具有了超導(dǎo)電性。能夠讓很小的超導(dǎo)電流從一個超導(dǎo)體流向另一個超導(dǎo)體。 SIS結(jié)是一種弱連接超導(dǎo)體。,在襯底上沉積一層超導(dǎo)膜，用熱氧化等方法生長很薄一層絕緣膜，再沉積另一層超導(dǎo)膜。,橋區(qū)：寬0.30.5um 長0.31um 膜厚0.050.3um,第五十五頁，共七十一頁。,直流Josephson效應(yīng),現(xiàn)象：SIS結(jié)兩端電壓為零時，可以存在一股很小的超導(dǎo)電流，這是超導(dǎo)電子對的隧道電流。存在一個臨界電流密度值，其值的大小與磁場有關(guān)。,解釋：Feynman推導(dǎo)法,其中,滿足波動方程,波函數(shù),若結(jié)區(qū)很厚，兩側(cè)超導(dǎo)體沒有相互耦合，即,第五十六頁，共七十一頁。,直流Josephson效應(yīng),若結(jié)區(qū)足夠薄，兩側(cè)超導(dǎo)體存在弱耦合，即,其中k為耦合系數(shù),為了簡單起見，假定兩側(cè)超導(dǎo)體全同，而且它們都處于零電位,,,第五十七頁，共七十一頁。,對上式取實部和虛部相等,,第五十八頁，共七十一頁。,若令SIS兩側(cè)的超導(dǎo)體是相同的，即,但,,其物理意義是：一側(cè)超導(dǎo)體失去超導(dǎo)電子對的速率剛好等于另一側(cè)超導(dǎo)體增加超導(dǎo)電子對的速率。,考慮到超導(dǎo)電子對的電荷為2q,由此得到Josephson第一方程,第五十九頁，共七十一頁。,Josephson第一方程：解釋了直流Josephson效應(yīng),其中,為Josephson臨界電流密度,兩側(cè)超導(dǎo)態(tài)波函數(shù)的位相差，假設(shè)不隨時間變化,由此可得，即使無外電壓（V = 0）時，也存在直流超導(dǎo)電流。,第六十頁，共七十一頁。,交流Josephson效應(yīng),第六十一頁，共七十一頁。,利用推導(dǎo)Josephson第一方程時相同的步驟，可以得到：,,,第六十二頁，共七十一頁。,1μV的直流電壓產(chǎn)生振蕩頻率為863.3MHZ。,第六十三頁，共七十一頁。,第六十四頁，共七十一頁。,超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）是測量微小磁場的精密儀器，其基本原理基于Josephson效應(yīng)。,第六十五頁，共七十一頁。,約瑟夫森結(jié)的實際應(yīng)用：超導(dǎo)量子干涉儀,第六十六頁，共七十一頁。,超導(dǎo)量子干涉儀的工作原理,a,b,由GL方程對磁通量子化的討論，得到,沿超導(dǎo)環(huán)一圈的相位差,= 0,第六十七頁，共七十一頁。,超導(dǎo)量子干涉儀的工作原理,a,b,即：,也就是，施加的磁場會對超導(dǎo)環(huán)產(chǎn)生一個位相差,,第六十八頁，共七十一頁。,超導(dǎo)量子干涉儀的工作原理,SQUID是測量微小磁場的精密儀器。,第六十九頁，共七十一頁。,超導(dǎo)實際應(yīng)用舉例：超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID),超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)磁強計是極其靈敏的磁場探測儀器，可以分辨相當于十億分一的地磁場變化，廣泛用于科學(xué)研究、生物磁(腦磁、心磁)、無損探傷及大地電磁測量等領(lǐng)域。是高溫超導(dǎo)體最早走向?qū)嵱没念I(lǐng)域之一。,第七十頁，共七十一頁。,內(nèi)容總結(jié),第二章 超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。倫敦正是在這個模型的基礎(chǔ)上建立了超導(dǎo)體的電磁理論。20世紀50年代初，同位素效應(yīng)、超導(dǎo)能隙等關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)提供了揭開超導(dǎo)電性之謎的線索。這種變化就是倫敦指出的“電子平均動量分布的固化或凝聚”。(1)熱平衡時結(jié)兩側(cè)的金屬和超導(dǎo)體的費米能必須相等。在該理論的基礎(chǔ)上誕生了一門新的學(xué)科——超導(dǎo)電子學(xué)。是高溫超導(dǎo)體最早走向?qū)嵱没念I(lǐng)域之一,第七十一頁，共七十一
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