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title: "SQUID：把磁通变成电压互动实验｜Sandbox Physics"
description: "磁通怎样改变超导电路的电压？磁通改变两个结之间的相位差，两个超电流随之相长或相消，环路能承受的零电压电流上限也跟着变。固定偏置一旦超过这个上限，就出现随磁通周期变化的电压。"
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last_modified: "2026-10-24"
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C-X4 · 两个结围成一个环

# SQUID：把磁通变成电压

**磁通怎样改变超导电路的电压？** 磁通改变两个结之间的相位差，两个超电流随之相长或相消，环路能承受的零电压电流上限也跟着变。固定偏置一旦超过这个上限，就出现随磁通周期变化的电压。

让电流流过带两个弱连接的超导环。扫描磁通，看干涉怎样改变临界电流和电压响应。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

两个 Josephson 结采用正弦电流相位关系，忽略环路自感，允许两结临界电流不同。直流电压采用无噪声、过阻尼的等效结模型，不含电容、自场屏蔽、迟滞和反馈电路。单结平均临界电流为十微安，等效电阻为十欧姆。芯片、磁通标记与载流子运动为示意，不代表逐个电子的轨迹。

从实验中读出

## 观察后，再作比较

青色：模型扫描数据。琥珀色：当前设置。电流用微安、电压用微伏。

已采集磁通扫描

电压响应

诺奖 · 凝聚态与电子器件

## 原来的实验究竟证明了什么？

沿着装置、观测和解释去读历史证据。每篇文章都会说明这个教学模型能解释哪一步。

[阅读历史证据](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/josephson-phase-current/) [查看六条阅读路径](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/)

物理教程

## 超导环里的两路干涉

**背景** 直流 SQUID 把两个 Josephson 结并联在一个环上，穿环磁通规定它们的相位差。

**为什么值得理解** 把偏置选在随磁通变化的临界电流附近，磁场就能变成可读的电压。

先抓重点

- **核心问题**: 磁通怎样改变超导电路的电压？
- **一句话直觉**: 相位差决定两个结的超电流能叠加多少。

### 核心数学模型

#### 忽略环路自感的临界电流

$$
I_c(\Phi)=2I_0\sqrt{\cos^2(\pi\Phi/\Phi_0)+d^2\sin^2(\pi\Phi/\Phi_0)}
$$

电流尺度是单结平均临界电流。不对称度定义为两结临界电流之差除以它们之和。

#### 磁通量子

$$
\Phi_0=\frac{h}{2e}
$$

磁通增加一个量子，相对相位就多转一整圈。

#### 过阻尼等效结的平均电压

$$
\overline V=R\,\operatorname{sgn}(I_b)\sqrt{\max(0,I_b^2-I_c^2)}
$$

这是无噪声的直流近似，忽略结电容和环路自感。

### 常见难点

#### 怎样理解这个模型

**容易误解** 磁通量子是一颗穿过环孔的小磁粒子。

**正确理解** 它是决定相位周期的磁通单位。环里的标记只用来示意施加磁通。

### 动手实验

1. 01

   #### 让两路相消

   比较“相长干涉”和“相消干涉”。

   **你会看到：** 半个磁通量子处，临界电流降到最小。

2. 02

   #### 寻找灵敏的电压响应

   选“磁通改变电压”，再调节施加磁通。

   **你会看到：** 固定电流越过临界电流包络时，就出现周期变化的电压。

3. 03

   #### 让两个结不一样

   选“两个结不一样”，再扫描磁通。

   **你会看到：** 两路振幅不同，相消处的临界电流会抬高。

物理结论

磁通周期来自相位干涉；两个结不一样时，相消处也会留下临界电流。

量子与场 · 入门路径

## 从一次测量开始

先预测结果，再数一数实际测到了什么。从一个量子比特出发，一路走到波包、束缚态和双光子干涉。

[从这里开始 → **量子态与 Born 测量** 先预测一个概率，转动分析器，再拿预测和多次测量得到的频率比一比。 观察 · 15 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/qubit-state/)

1. [1 量子态与 Born 测量](https://sandboxphysics.com/zh/labs/qubit-state/)
2. [2 Stern–Gerlach 顺序测量台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/stern-gerlach-sequence/)
3. [3 波包传播与不确定性](https://sandboxphysics.com/zh/labs/wave-packet-uncertainty/)
4. [4 量子谐振子态工作台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-harmonic-oscillator/)
5. [5 路径标记与量子擦除](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-eraser/)
6. [6 Hong–Ou–Mandel 两光子干涉](https://sandboxphysics.com/zh/labs/hong-ou-mandel/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/quantum/#starter-path)