約瑟夫森效應是什么(the Josephson Effect)？

約瑟夫森效應是成對電子通過放置在兩個超導體之間的薄絕緣介質阻擋層的過程。庫珀對電子通過隧道效應穿過絕緣層。當電流保持在特定水平以下時，即所謂的臨界電流時，不會出現電壓降恒定的正電壓、交流電流以及電子通過時...

約瑟夫森效應是成對電子通過放置在兩個超導體之間的薄絕緣介質阻擋層的過程。庫珀對電子通過隧道效應穿過絕緣層。當電流保持在特定水平以下時，即所謂的臨界電流時，不會出現電壓降恒定的正電壓、交流電流以及電子通過時產生的直流電都保持不變。這種效應在20世紀60年代早期由布賴恩D.約瑟夫森（Brian D.Josephson）提出，它被用來測量非常低的溫度和約瑟夫森結電路，這種電路可以快速轉換信號來存儲數據。科學家用燒杯電子穿過顯微鏡下很薄的絕緣膜。約瑟夫森效應可以通過施加磁場來控制，這種磁場可以降低穿過勢壘的超電流的強度。磁場被分數渦流阻止進入約瑟夫森結內部。電流強度在不同的點上上升和下降，同時磁場強度增強，允許信號通過和開關被控制。當超導體暴露在外時在直流電中，電子對在電磁波釋放時通過一個屏障，從而產生少量的光而不是熱。約瑟夫森效應也可以應用于在極冷條件下使用的無線電電子學，因為約瑟夫森結可以像電磁振蕩傳感器一樣工作。基于這個結的電路也可以存儲數據，而且可以制造成狹小的空間，因為它們非常高效，所以在計算機中使用是可能的。約瑟夫森效應發生在非常低的溫度下，在接近零開爾文（約-460&；華氏度)。使用這種效應的系統可以松散地連接起來測量磁場。它們也可以作為發電機的一部分產生低水平的功率，這種發電機可以設計成可以在多個頻率之間切換。如何使用約瑟夫森效應取決于工程師對量子物理的知識，它是通過使用各種復雜的數學公式。包含約瑟夫森結的儀器利用約瑟夫森效應進行精確的尺寸測量，放大電磁信號，并驅動快速的計算機。約瑟夫森隧道結比任何其他半導體開關轉換信號都快。這樣的系統可以在直流電或微波下工作因此超導體可以用于許多不同的計量和計算應用。

發表于 2020-09-18 07:07
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分類：科學教育

約瑟夫森效應是什么(the Josephson Effect)？

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