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Sandbox Physics
低温液体与超导有序

材料 · 测量 · 解释

Josephson 的预言:相位能驱动零电压电流

穿过绝缘势垒的超电流,新在哪里?

  1. 耦合两个超导体

  2. 确定相对相位

  3. 预言配对电流

  4. 检验电流、电压和磁干涉

超导相位差是集体电路变量,其响应不只由单电子透射概率决定。

预言针对相干的配对转移

Josephson 在 1962 年预言:弱耦合的两个超导体,即使没有直流电压,也能携带依赖相位差的超电流。电极具有集体相干,相应耦合超出了准粒子隧穿。

随后实验检验零电压电流、磁干涉及电压—频率关系。1973 年授奖把这一理论预言单列为贡献。

来源:[1]

相位和电压相互联系

最简单的正弦结中,相位决定配对电流,电压决定相位随时间前进的快慢。因此恒定电压也能带来振荡超电流,频率由配对电荷和 Planck 常数确定。

Is=Icsin⁡φ,dφdt=2eVℏI_{\mathrm s}=I_{\mathrm c}\sin\varphi,\qquad\frac{d\varphi}{dt}=\frac{2eV}{\hbar}

来源:[1]

闭合环路加入磁干涉

超导环中的两个结,其相位差受磁通约束。两路电流可以相长或相消,产生周期磁通响应;环路电感、结不对称和噪声会改变理想图样。

来源:[1]

不同电路 Lab 回答不同问题

SQUID Lab 研究环路干涉,开关 Lab 研究偏置态逃逸,Transmon Lab 研究束缚能级。它们共享 Josephson 耦合,却有不同几何、控制量和证据,不能相互包办。

来源:[1][2]

来源与阅读说明

  1. Josephson: The discovery of tunneling supercurrents (1973)

    依赖相位的配对电流、电压引起的相位演化及后续实验。

  2. Nobel Prize in Physics 1973: official award

    核对获奖归属与年份。原始观测或理论论文往往早得多。

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