約瑟夫森結(jié)(Josephson junction),或稱為超導(dǎo)隧道結(jié)。一般是由兩塊 超導(dǎo)體夾以某種很薄的勢壘層 ( 厚度 ≤ Cooper電子對的相干長度)而構(gòu)成的結(jié)構(gòu),例如S(超導(dǎo)體)—I(半導(dǎo)體或絕緣體)—S(超導(dǎo)體)結(jié)構(gòu),簡稱SIS。在其中超導(dǎo)電子可以通過隧道效應(yīng)而從一邊穿過半導(dǎo)體或絕緣體薄膜到達(dá)另一邊。不過,實(shí)際上只要是兩塊弱耦合(耦合區(qū)尺寸≤Cooper電子對的相干長度)的超導(dǎo)體都可構(gòu)成Josephson結(jié),不一定需要采用隧道結(jié)的形式。
約瑟夫森結(jié)是以英國物理學(xué)家布賴恩·約瑟夫森命名,在約瑟夫森的預(yù)測之前,人們僅知道非超導(dǎo)狀態(tài)的的電子可以借由量子隧穿效應(yīng)流過絕緣層。約瑟夫森首次預(yù)測了超導(dǎo)狀態(tài)下庫珀對的隧穿現(xiàn)象,也因此獲得了1973年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
約瑟夫森結(jié)由兩個(gè)超導(dǎo)體構(gòu)成,它們被一個(gè)非常薄的非超導(dǎo)電層隔開,所以電子能夠穿過絕緣層。當(dāng)沒有電壓時(shí)超導(dǎo)體間的電流稱作約瑟夫森電流(Josephson current),而電子通過障礙物的運(yùn)動(dòng)稱作約瑟夫森隧穿(Josephson tunneling)。通過超導(dǎo)路徑連結(jié)在一起的兩個(gè)或多個(gè)結(jié)就構(gòu)成了所謂的約瑟夫森干涉儀(Josephson interferometer)。
電子能通過兩塊超導(dǎo)體之間薄絕緣層的量子隧道效應(yīng)。1962年由B.D約瑟夫森首先在理論上預(yù)言,在不到一年的時(shí)間內(nèi),P.W.安德森和J.M.羅厄耳等人從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了約瑟夫森的預(yù)言。約瑟夫森效應(yīng)的物理內(nèi)容很快得到充實(shí)和完善,應(yīng)用也快速發(fā)展,逐漸形成一門新興學(xué)科——超導(dǎo)電子學(xué)。
約瑟夫森結(jié)有許多種類,例如pi型約瑟夫森結(jié)、varphi型約瑟夫森結(jié)、長型約瑟夫森結(jié)以及超導(dǎo)隧穿接面等。達(dá)依坶橋是一種約瑟夫森結(jié)的薄膜變體,其弱連結(jié)由數(shù)微米尺度的超導(dǎo)導(dǎo)線所組成 [1-2] 。一個(gè)裝置的復(fù)雜度可用其約瑟夫森結(jié)數(shù)作為基準(zhǔn)衡量。約瑟夫森效應(yīng)有廣泛的應(yīng)用,例如:
超導(dǎo)量子干涉儀(SQUIDs),又稱超導(dǎo)量子干涉裝置,是非常敏感的磁強(qiáng)計(jì)。這類儀器是借由約瑟夫森效應(yīng)運(yùn)作的,在科學(xué)和工程中應(yīng)用廣泛。
當(dāng)進(jìn)行精確的計(jì)量時(shí),約瑟夫森效應(yīng)提供了一種具有完全再現(xiàn)性的頻率和電壓轉(zhuǎn)換。由于頻率已由銫標(biāo)準(zhǔn)明確界定,約瑟夫森效應(yīng)多用于給出1伏特的標(biāo)準(zhǔn)值,即約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)。然而,國際度量衡局并沒有因此調(diào)整國際單位制 [3-4] 。
單一電子晶體管通常用超導(dǎo)材料制造,從而可利用約瑟夫森效應(yīng)實(shí)現(xiàn)新穎的效果。這種裝置稱為“超導(dǎo)單電子晶體管” [5] 。約瑟夫森效應(yīng)也可用于精確測量基本電荷,并以約瑟夫遜常數(shù)和馮克利青常數(shù)作表示。這二個(gè)常數(shù)與量子霍爾效應(yīng)相關(guān)。
RSFQ數(shù)字電路是基于并聯(lián)的約瑟夫森結(jié)。在這個(gè)情況,接面開關(guān)與一個(gè)帶數(shù)字信息的磁通量量子
的釋放有關(guān)。

