“约瑟夫森效应”的版本间的差异
（建立内容为“在物理学中，'''约瑟夫森效应''' 指的是当两个 超导体 相互接近、其间存在某种势垒或限制时出现的一种现象。该效应…”的新页面） |
|||
| 第3行： | 第3行： | ||
</ref> 它是一个 [[宏观量子现象]] 的例子，即量子力学效应可在普通（而非原子）尺度上被观测到。约瑟夫森效应具有许多实际应用，因为它在不同物理量（如电压与频率）之间呈现精确关系，从而促进了高精度测量。 | </ref> 它是一个 [[宏观量子现象]] 的例子，即量子力学效应可在普通（而非原子）尺度上被观测到。约瑟夫森效应具有许多实际应用，因为它在不同物理量（如电压与频率）之间呈现精确关系，从而促进了高精度测量。 | ||
| − | 约瑟夫森效应会产生一种称为 [[超电流]] 的电流，它在不施加任何电压的情况下，可跨越一种称为 '''约瑟夫森结''' | + | 约瑟夫森效应会产生一种称为 [[超电流]] 的电流，它在不施加任何电压的情况下，可跨越一种称为 '''约瑟夫森结'''（JJ）的器件持续流动。显然，它不可能在一段不再回到起点的金属中永远向前推动电流，因为这会建立起抵抗电流的电压。|date=December 2024}} 这种器件由两个或更多超导体通过一个弱连接耦合而成。该弱连接可以是一层很薄的绝缘势垒（称为 [[superconducting tunnel junction|超导体—绝缘体—超导体结]]，或 S–I–S）、一小段非超导金属（S–N–S），或在接触点削弱超导性的物理收缩（S–c–S）。 |
约瑟夫森结在 [[量子力学电路]] 中具有重要应用，例如 [[SQUID]]、[[超导量子比特]] 和 [[RSFQ]]数字电子学。一伏特的[[NIST]]标准是通过[[Josephson voltage standard|将 20,208 个约瑟夫森结串联成阵列]] 实现的。<ref>Steven Strogatz, ''Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order'', Hyperion, 2003.</ref> | 约瑟夫森结在 [[量子力学电路]] 中具有重要应用，例如 [[SQUID]]、[[超导量子比特]] 和 [[RSFQ]]数字电子学。一伏特的[[NIST]]标准是通过[[Josephson voltage standard|将 20,208 个约瑟夫森结串联成阵列]] 实现的。<ref>Steven Strogatz, ''Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order'', Hyperion, 2003.</ref> | ||
| + | |||
| + | == 历史 == | ||
| + | [[File:Mond building, Cambridge.jpg|thumb|right|蒙德实验室大楼<ref name=Mond>[https://historicengland.org.uk/listing/the-list/list-entry/1268374?section=official-list-entry Mond Laboratory]，英格兰国家遗产名录，Historic England（访问于2022年9月17日）</ref>]] | ||
| + | |||
| + | 在1962年之前，直流约瑟夫森效应已在实验中被观测到，<ref>{{Cite web |last=Josephson |first=Brian D. |date=1973-12-12 |title=隧穿超电流的发现（诺贝尔演讲） |url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1973/josephson/lecture/}}</ref> 但当时被归因于“超短路”或绝缘势垒的破损，导致超导体之间电子的直接传导。 | ||
| + | |||
| + | 1962年，布赖恩·约瑟夫森对[[超导隧穿]]产生了兴趣。当时他23岁，是[[剑桥大学]]蒙德实验室中Brian Pippard门下的二年级研究生。那一年，约瑟夫森选修了[[Philip W. Anderson]]开设的多体理论课程，安德森是来自[[贝尔实验室]]、在1961—1962学年休假的雇员。该课程向约瑟夫森介绍了超导体中的[[对称性破缺]]思想，他“为对称性破缺的概念所着迷，并思考是否有办法在实验上观测到它”。约瑟夫森研究了Ivar Giaever和Hans Meissner的实验，以及Robert Parmenter的理论工作。Pippard起初认为[[隧穿效应]]可能存在，但会小到难以察觉；然而约瑟夫森并不同意，尤其是在安德森向他展示了由Marvin L. Cohen、Leopoldo Máximo Falicov和Phillips撰写、关于超导体—势垒—正常金属体系的“Superconductive Tunneling”预印本论文之后。<ref>{{cite journal |title=Superconductive Tunneling |first1=M. H. |last1=Cohen |first2=L. M. |last2=Falicov |first3=J. C. |last3=Phillips |date=1962-04-15 |journal=Physical Review Letters |volume=8 |issue=8 |pages=316–318 |doi=10.1103/PhysRevLett.8.316 |bibcode=1962PhRvL...8..316C |url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.8.316|url-access=subscription }}</ref>{{r|trueGenius|pp=223-224}} | ||
| + | |||
| + | 起初，约瑟夫森和同事们对他计算的正确性并不确定。安德森后来回忆说： | ||
| + | <blockquote> | ||
| + | 我们所有人———约瑟夫森、Pippard和我，以及其他一些也常在蒙德实验室茶歇时参与接下来几周讨论的人——都对“电流依赖相位这一事实的意义”感到非常困惑。 | ||
| + | </blockquote> | ||
| + | 经过进一步审查，他们得出结论认为约瑟夫森的结果是正确的。随后，约瑟夫森于1962年6月向《''[[Physics Letters]]''》投稿“Possible new effects in superconductive tunnelling”。{{r|possibleNewEffects}} 由于对结果心存疑虑，他们选择了较新的《Physics Letters》杂志而非更为成熟的《''[[Physical Review Letters]]''》。[[John Bardeen|约翰·巴丁]]当时已是诺贝尔奖得主，他在1962年最初公开对约瑟夫森的理论持怀疑态度，但在进一步的实验与理论澄清后接受了该理论。<ref name="trueGenius">{{cite book |url=https://archive.org/details/truegeniuslifesc0000hodd |url-access=registration |title=True Genius: The Life and Science of John Bardeen |publisher=Joseph Henry Press |page=[https://archive.org/details/truegeniuslifesc0000hodd/page/117 117] |isbn=9780309084086 |last1=Daitch |first1=Vicki |last2=Hoddeson |first2=Lillian |year= 2002 }}</ref>{{rp|pp=222–227}} 另见：{{section link|John Bardeen|Josephson effect controversy|约瑟夫森效应之争}}。 | ||
| + | |||
| + | 1963年1月，安德森与其[[贝尔实验室]]的同事John Rowell向《''Physical Review Letters''》提交了第一篇宣称在实验中观测到了约瑟夫森效应的论文——“Probable Observation of the Josephson Superconducting Tunneling Effect”。<ref>{{cite journal |last1=Anderson |first1=P. W. |last2=Rowell |first2=J. M. |date=1963-03-15 |title=Probable Observation of the Josephson Tunnel Effect |url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.10.230 |journal=Physical Review Letters |volume=10 |issue=6 |pages=230 |bibcode=1963PhRvL..10..230A |doi=10.1103/PhysRevLett.10.230|url-access=subscription }} | ||
| + | <!--|access-date=16 May 2012--></ref> 这些作者随后获得了专利，<ref>{{Cite patent|number=US3335363A|title=Superconductive device of varying dimension having a minimum dimension intermediate its electrodes|gdate=1967-08-08|invent1=Anderson|invent2=Dayem|inventor1-first=Philip W.|inventor2-first=Aly H.|url=https://patents.google.com/patent/US3335363A/en}}</ref> 但从未被执行，也从未受到质疑。{{Citation needed|date=March 2023}} | ||
| + | |||
| + | 在约瑟夫森的预言之前，人们只知道单个（即未成对的）电子可以通过[[量子隧穿]]穿越绝缘势垒。约瑟夫森是第一个预言超导[[库珀对]]会发生隧穿的人。因为这项工作，约瑟夫森于1973年获得了[[Nobel Prize in Physics|诺贝尔物理学奖]]。<ref>{{Cite web |title=1973年诺贝尔物理学奖 |url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1973/summary/ |access-date=2023-03-01 |website=The Nobel Prize}}</ref> 约翰·巴丁是提名者之一。{{r|trueGenius|p=230}} | ||
2025年10月7日 (二) 20:20的版本
在物理学中，约瑟夫森效应 指的是当两个 超导体 相互接近、其间存在某种势垒或限制时出现的一种现象。该效应以英国物理学家 布赖恩·约瑟夫森 的名字命名；他在1962年预测了跨越弱连接处电流与电压之间的数学关系。[1][2] 它是一个 宏观量子现象 的例子，即量子力学效应可在普通（而非原子）尺度上被观测到。约瑟夫森效应具有许多实际应用，因为它在不同物理量（如电压与频率）之间呈现精确关系，从而促进了高精度测量。
约瑟夫森效应会产生一种称为 超电流 的电流，它在不施加任何电压的情况下，可跨越一种称为 约瑟夫森结（JJ）的器件持续流动。显然，它不可能在一段不再回到起点的金属中永远向前推动电流，因为这会建立起抵抗电流的电压。|date=December 2024}} 这种器件由两个或更多超导体通过一个弱连接耦合而成。该弱连接可以是一层很薄的绝缘势垒（称为 超导体—绝缘体—超导体结，或 S–I–S）、一小段非超导金属（S–N–S），或在接触点削弱超导性的物理收缩（S–c–S）。
约瑟夫森结在 量子力学电路 中具有重要应用，例如 SQUID、超导量子比特 和 RSFQ数字电子学。一伏特的NIST标准是通过将 20,208 个约瑟夫森结串联成阵列 实现的。[3]
历史
在1962年之前，直流约瑟夫森效应已在实验中被观测到，[5] 但当时被归因于“超短路”或绝缘势垒的破损，导致超导体之间电子的直接传导。
1962年，布赖恩·约瑟夫森对超导隧穿产生了兴趣。当时他23岁，是剑桥大学蒙德实验室中Brian Pippard门下的二年级研究生。那一年，约瑟夫森选修了Philip W. Anderson开设的多体理论课程，安德森是来自贝尔实验室、在1961—1962学年休假的雇员。该课程向约瑟夫森介绍了超导体中的对称性破缺思想，他“为对称性破缺的概念所着迷，并思考是否有办法在实验上观测到它”。约瑟夫森研究了Ivar Giaever和Hans Meissner的实验，以及Robert Parmenter的理论工作。Pippard起初认为隧穿效应可能存在，但会小到难以察觉；然而约瑟夫森并不同意，尤其是在安德森向他展示了由Marvin L. Cohen、Leopoldo Máximo Falicov和Phillips撰写、关于超导体—势垒—正常金属体系的“Superconductive Tunneling”预印本论文之后。[6]模板:R
起初，约瑟夫森和同事们对他计算的正确性并不确定。安德森后来回忆说：
我们所有人———约瑟夫森、Pippard和我，以及其他一些也常在蒙德实验室茶歇时参与接下来几周讨论的人——都对“电流依赖相位这一事实的意义”感到非常困惑。
经过进一步审查，他们得出结论认为约瑟夫森的结果是正确的。随后，约瑟夫森于1962年6月向《Physics Letters》投稿“Possible new effects in superconductive tunnelling”。模板:R 由于对结果心存疑虑，他们选择了较新的《Physics Letters》杂志而非更为成熟的《Physical Review Letters》。约翰·巴丁当时已是诺贝尔奖得主，他在1962年最初公开对约瑟夫森的理论持怀疑态度，但在进一步的实验与理论澄清后接受了该理论。[7]:{{{1}}} 另见：模板:Section link。
1963年1月，安德森与其贝尔实验室的同事John Rowell向《Physical Review Letters》提交了第一篇宣称在实验中观测到了约瑟夫森效应的论文——“Probable Observation of the Josephson Superconducting Tunneling Effect”。[8] 这些作者随后获得了专利，[9] 但从未被执行，也从未受到质疑。[citation needed]
在约瑟夫森的预言之前，人们只知道单个（即未成对的）电子可以通过量子隧穿穿越绝缘势垒。约瑟夫森是第一个预言超导库珀对会发生隧穿的人。因为这项工作，约瑟夫森于1973年获得了诺贝尔物理学奖。[10] 约翰·巴丁是提名者之一。模板:R
- ↑ Josephson, B. D. (1962). "Possible new effects in superconductive tunnelling". Physics Letters. 1 (7): 251–253. Bibcode:1962PhL.....1..251J. doi:10.1016/0031-9163(62)91369-0.
- ↑ Josephson, B. D. (1974). "The discovery of tunnelling supercurrents". Reviews of Modern Physics. 46 (2): 251–254. Bibcode:1974RvMP...46..251J. doi:10.1103/RevModPhys.46.251. S2CID 54748764.
- Also in Josephson, B. D. (1974). "The Discovery of Tunnelling Supercurrents". Europhysics News. 5 (3): 1–5. Bibcode:1974ENews...5c...1J. doi:10.1051/epn/19740503001.
- ↑ Steven Strogatz, Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order, Hyperion, 2003.
- ↑ Mond Laboratory，英格兰国家遗产名录，Historic England（访问于2022年9月17日）
- ↑ Josephson, Brian D. (1973-12-12). "隧穿超电流的发现（诺贝尔演讲）".
- ↑ Cohen, M. H.; Falicov, L. M.; Phillips, J. C. (1962-04-15). "Superconductive Tunneling". Physical Review Letters. 8 (8): 316–318. Bibcode:1962PhRvL...8..316C. doi:10.1103/PhysRevLett.8.316.
- ↑ Daitch, Vicki; Hoddeson, Lillian (2002). True Genius: The Life and Science of John Bardeen. Joseph Henry Press. p. 117. ISBN 9780309084086. https://archive.org/details/truegeniuslifesc0000hodd.
- ↑ Anderson, P. W.; Rowell, J. M. (1963-03-15). "Probable Observation of the Josephson Tunnel Effect". Physical Review Letters. 10 (6): 230. Bibcode:1963PhRvL..10..230A. doi:10.1103/PhysRevLett.10.230.
- ↑ 模板:Cite patent
- ↑ "1973年诺贝尔物理学奖". The Nobel Prize. Retrieved 2023-03-01.