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当前页面绝缘薄膜怎样让电流显出超导能隙
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低温液体与超导有序
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一层几乎不导电的薄膜，为什么反而能测能隙？
一层绝缘薄膜看起来会挡住电流，却可以成为探测电子能量的工具。只要足够薄，电子仍有机会隧穿过去。两侧耦合又不能太强，否则各自能谱的信息会被器件本身改变。Giaever 在 1960 年利用这个机会，研究刚由 BCS 理论预言的超导能隙。
此前，电阻测量已经能追踪超导转变，却不能告诉人们：从这个状态激发出一个基本扰动，需要多少能量。隧穿结把这件看不见的事变成电流随电压的变化。要读懂曲线，不能只盯着薄膜“透不透”：还要问出发的态有没有电子，以及对面是否有能量合适的空态。三者缺一不可。
结要有势垒，也要真的接得上
装置把两个导电电极放在薄绝缘层两边，用电源改变两侧电化学势，再扫描电压、记录电流。把一侧冷过超导转变温度，能改变该电极的激发谱，而电路接法基本不变。正常态与超导态的比较，便成为很有价值的对照。
困难在于势垒质量。太厚，电流小到难以测出；出现针孔或金属短路，普通导电又会绕过隧穿。看到名义绝缘层上有电流，本身还不够。Giaever 后来回忆，同事对隧穿仍有疑虑时，他就在寻找更有决定性的实验。超导能隙提供了一个特征能量：如果电流真的按能谱开启，解释就比“总有一点漏电”具体得多。
电压改变的，是占据态与空态怎样对上
没有偏压时，两侧电化学势对齐，微观上虽可双向交换电子，两个方向的速率却互相抵消。加上电压，平衡被打破。弹性隧穿还要求转移前后总能量相同，因此偏压决定一侧哪些占据态，能与另一侧哪些空态对上。
普通金属在很小能量范围内，态密度往往比较平滑。两侧都正常、势垒透射又变化缓慢时，电流曲线也较平滑。一侧变成超导体后，能隙附近可用态突然改变，曲线的起始和弯折就能透露能谱。单独计算势垒透射率之所以不够，正因为供给电子和接受电子的两个电极，也是实验不可分开的部分。
装置里还有两种容易混淆的能量尺度：绝缘层的势垒高度，和电极中待测的超导能隙。前者可以远大于毫电子伏级的谱结构。在足够小的偏压范围，透射率便可能只缓慢变化，电极能谱的尖锐特征更容易显出来。这个近似要检查，却绝不能把势垒高度直接设成超导能隙；它们是不同位置、不同过程里的能量。
隙内少了什么，边缘又为什么堆起来？
理想各向同性 BCS 描述中，能隙内部没有准粒子态，隙边则有很强的态密度特征。这一关系把超导态密度除以正常态参考值，能量从化学势算起；能量和能隙必须使用相同单位。取实部后，理想隙内结果为零。
“没有态”不是说材料里没有电子，而是说配对的多电子状态不能以任意小能量产生这种准粒子激发。普通电子能量映射成准粒子能量时，许多状态挤在隙边较窄区间，形成明显电导峰。真实寿命、样品不均匀和仪器分辨率会把理想尖峰抹平，所以实验没有无穷高峰，不等于发现了反例。
只有一边超导，与两边都超导，阈值不同
低温的正常金属—绝缘层—超导体结，其电流开启近似对应一份超导能隙。若两边都超导，占据与空准粒子谱必须跨过两边的缺口才能重叠，显著阈值便涉及两侧能隙之和。不能把所有隧穿结的横轴都按同一规则读。
设想两个相同电极，能隙各为零点二毫电子伏。正常—超导结的理想开启约在零点二毫伏，两侧超导时的和隙特征约在零点四毫伏。例子只是把电压借电子电荷换成能量，并非复原 Giaever 某个样品。即使外面的电压表完全没换，只改哪一侧超导，曲线上的同一个数也已经有不同含义。
温度和缺陷会留下不同痕迹
有限温度会先产生一部分准粒子，也会抹圆占据边界。很好的结，在零温阈值以下也可能有电流。真正测到的是态密度与 Fermi 占据等因素卷积后的结果，并不是直接给态密度拍照；把电流求导后更容易看见谱结构，也依赖相应近似。
针孔漏电、额外加热、电压零点错误，同样会破坏表观能隙。可以用温度扫描、正常态对照和测量电流变化来分辨。沿用上面的假想能隙，零点几开尔文对应的热能就已有百分之几毫电子伏，相对待分辨的尺度不能忽略。降温和标定并非测谱前随手完成的准备，而会直接决定曲线怎样解释。
它检验了 BCS，却没有把所有超导现象一次测完
Giaever 工作的分量，在于把微观能量预言接到结构鲜明的电测量上。能隙怎样随温度消失，还能与理论和独立热测量比较。他后来回顾时强调，这种结合比单纯看见绝缘膜漏过一点电流，更能说服人们隧穿确实在发生。
准粒子隧穿把外加电压变成选择能量的工具，热测量中的能隙因而也出现在电流曲线里。改变温度或电极的超导状态，特征按预期移动，又把解释扣回同一套能谱。Josephson 后来研究的相干配对转移，则进一步显示这类薄结还能探查超导态的相位。