直流约瑟夫森效应，什么是乔瑟芬效应

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1，什么是乔瑟芬效应
2，有些物质在一定温度时会进入电阻为零的状态这种状态就是我们所称
3，金属在绝对零度时的电阻
4，超导的约瑟夫效应是什么
5，什么是超导
6，超导材料的问题

1，什么是乔瑟芬效应

正确叫约瑟夫逊效应　在线形量子力学中，由于电子等微观粒子具有波粒二象性，当两块金属被2113一层厚度为几十至几百A的绝缘介质5261隔开时，电子等都可穿越势垒而运动。加电压后，可形成隧道电流，这种现象称为隧道效应。若把上述装置中的两块金属换成超导体后，当其介质层厚度减少到30A左右时，由超导电子对的长程4102相干效应也会产生隧道效应，称为约瑟夫逊效应　　1962年，B.D.约瑟夫逊计算了两边都是超导体结的隧道效应，得到以下1653重要结果：①在超导结中电子对可以通过氧化层形成超导电流，而结上并不出现电压，内称为直流约瑟夫逊效应。在外磁场中，超导结的最大超导电流随磁场出现规律性的变化。②当结上加有电压U时，产生高频超导电流,效率为2电子伏／时，这称为交流约瑟夫逊效应。　　1963年，C.D.安德森和容J.H.罗厄尔在实验中观察到直流约瑟夫逊效应。罗厄尔又在实验中证实了最大超导电流与磁场的关系，约瑟夫逊的理论遂得到完全的证实。

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什么是乔瑟芬效应

2，有些物质在一定温度时会进入电阻为零的状态这种状态就是我们所称

有些导体温度降到一定程度时电阻变成零，这种现象被称为超导现象。超导材料特性零电阻性　　超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。　　超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时，如铅在7.20K（-265.95摄氏度）以下，电阻就变成了零。完全抗磁性　　超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。约瑟夫森效应　　两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接相关书籍时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。

超导

超导状态，利用这个原理创造了超导体。

进入超导状态成为超导体，磁感线几乎无法穿过。电阻为零

有些物质在一定温度时会进入电阻为零的状态这种状态就是我们所称

3，金属在绝对零度时的电阻

不是的，金属中有很多自由的电子，只要在电场的作用下，电子就会定向移动，形成电流。所以在绝对0度时只要有电场作用，电子都会移动。从温度与电阻关系上来看，温度越低，电阻越小，不同的材料有不同的超导温度。

超导材料基础知识介绍超导材料具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。基本临界参量有以下 3个基本临界参量。①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。

金属在绝对零度时的电阻

4，超导的约瑟夫效应是什么

超导约瑟夫森效应本文来自: 中国计量论坛[www.520cal.cn] 详细出处参考：http://www.520cal.cn/thread-15914-1-1.html电子能通过两块超导体之间薄绝缘层的量子隧道效应。1962年由B.D约瑟夫森首先在理论上预言，在不到一年的时间内，P.W.安德森和J.M.罗厄耳等人从实验上证实了约瑟夫森的预言。约瑟夫森效应的物理内容很快得到充实和完善，应用也快速发展，逐渐形成一门新兴学科——超导电子学。两块超导体通过一绝缘薄层(厚度为10埃左右)连接起来，绝缘层对电子来说是一势垒，一块超导体中的电子可穿过势垒进入另一超导体中，这是特有的量子力学的隧道效应。当绝缘层太厚时，隧道效应不明显，太薄时，两块超导体实际上连成一块，这两种情形都不会发生约瑟夫森效应。绝缘层不太厚也不太薄时称为弱连接超导体。两块超导体夹一层薄绝缘材料的组合称S-I-S超导隧道结或约瑟夫森结。约瑟夫森效应主要表现为：直流约瑟夫森效应结两端的电压V＝0时，结中可存在超导电流，它是由超导体中的库珀对的隧道效应引起的。只要该超导电流小于某一临界电流Ic，就始终保持此零电压现象，Ic称为约瑟夫森临界电流。Ic对外磁场十分敏感，甚至地磁场可明显地影响Ic。沿结平面加恒定外磁场时，结中的隧道电流密度在结平面的法线方向上产生不均匀的空间分布。改变外磁场时，通过结的超导电流Is随外磁场的增加而周期性地变化，描出与光学中的夫琅和费单缝衍射分布曲线相似的曲线，称为超导隧结的量子衍射现象。交流约瑟夫森效应结两端的直流电压V≠0时，通过结的电流是一个交变的振荡超导电流，振荡频率（称约瑟夫森频率）f与电压V成正比，即f＝V，e为电子电量，h为普朗克常数，这使超导隧道结具有辐射或吸收电磁波的能力。以微波辐照隧道结时可产生共振现象。连续改变所加的直流电压以改变交流振荡频率，当约瑟夫森频率f等于微波频率的整数倍时，就发生共振，此时有直流成分的超导电流流过隧道结，在 I-V 特性曲线上可观察到一系列离散的阶梯式的恒定电流。测定约瑟夫森频率f，可由电压V测定常量2e／ h，或从已知常量e和h精确测定V

搜一下：超导的约瑟夫效应是什么？再看看别人怎么说的。

5，什么是超导

超导是人们在某些金属和陶瓷材料中观察到的一种现象。当这些材料被冷却到接近绝对零度（-273℃）和液氮温度（-196℃）之间的温度时，它们就没有电阻。电阻为零时的温度称为临界温度(Tc)，并且临界温度因材料不同而各异。实际应用中，人们使用液态氦或液态氮来冷却材料，使材料达到临界温度。下表列出了一些不同超导体的临界温度：材料类型 Tc(K) 锌金属 0.88 铝金属 1.19 锡金属 3.72 汞金属 4.15 YBa2Cu3O7 陶瓷 90 TlBaCaCuO 陶瓷 125 因为这些材料没有电阻，这就意味着电子可以在其中自由穿行，所以它们能够长时间传输大量电流，而不会以热的形式将能量损失掉。有实验显示，超导线圈能够传输电流长达几年，而不产生可以测量的损失。基于这种特性，如果输电线可以使用超导陶瓷制造的话，那么超导材料将在输电方面发挥重要作用，同时还将在蓄电设备中得到应用。超导体的另一个特性是：一旦材料从常态转变到超导态，外部磁场就不能穿过。这被称为迈斯纳效应，它被应用在高速磁悬浮列车（有关详细信息，请参见磁悬浮列车的工作原理）的制造过程中。迈斯纳效应还用于为核磁共振成像 (MRI) 制造强力的小型超导磁体。为何电子在超导体中传输会没有阻力？让我们更近距离地了解这种现象。大多数金属的原子结构是晶格结构，很像一扇纱窗。原子就位于相互垂直的两条线的交点上。金属束缚电子的能力很弱，所以电子能在晶格中自由地移动 ——这正是为什么金属有很好的导热性和导电性的原因。当电子通过常态下的一般金属时，它们会和原子碰撞，并以热的形式损失能量。而在超导体中，电子成对地在原子间快速移动，能量损失较少。当一个带负电荷的电子在两行带正电的原子（像纱窗上的两条线）之间的空间中移动时，它会将周围的原子向内拉。由此产生的扭曲会吸引第二个电子跟在它后面移动。第二个电子会遇到较少的阻力，就像高速公路上跟在卡车后面的客车会遇到较少的空气阻力一样。两个电子形成较弱的相互吸引后，它们成对运行时遇到的整体阻力就减少了。在超导体中，电子对不断地形成、解离后又再次形成，但总体效果就是电子流遇到的阻力变得极小甚至消失了。低温有助于形成电子对（有关详细信息，请参见超导现象高中教学指南）。超导体的最后一个特性是：当两块超导体中间加入一个薄绝缘层时，电子更容易无阻力地从一块超导体移动到另一块超导体中（直流约瑟夫森效应）。此效应对用于生产小型高速计算机的超快电开关具有重要作用。未来的超导研究就是寻找能在室温下成为超导体的材料。一旦找到这种材料，整个电子、电力和运输领域就会发生革命性的变化。

6，超导材料的问题

假设超导体内有一个电流，那么超导体两端的电压为0，这完全符合欧姆定律。无论超导体内的电流有多大，超导体两端的电压差始终为0，也就不存在你所顾虑的在超导体两端加一个电压，造成电流无限大的情况了。在超导体中产生电流，必须使用外部设备，比如通过引线将电流导入超导体，或者通过在超导线圈上加变化的磁场。对于方式1，引线和电源本身是有内阻的，所以电流不可能无穷大。对于第二种方式，磁场的变化率也不可能无穷大，所以不存在电流无穷大的情况。高中物理教材第二册（必修加选修）在介绍超导（p129）时，有这么一段话：“超导体电阻几乎为零，如果用超导体材料制成一个闭合线圈，在这个线圈里一旦激发出电流，不需要电源，电流就可以持续几十天之久而不减小.....”对于喜欢钻研的学生来说，这些话会让他们产生诸多疑惑：首先，线圈该加上一个怎样的电源？拿走电源时如果需断开电路，电路中不可能有电流的，更谈不上持续问题了；其次，无论多小的电压（电动势）加到电阻为零的用电器上时，由欧姆定律I=U/R知，产生的电流将是无穷大。但这可能吗？最后，没有电压（电动势）而有电流，这让人无法理解，书上不是说产生电流的条件是在导体的两端保持电压么？要回答这些问题，必须综合运用电流、电磁感应甚至电磁波的知识。我们不妨在学完高中物理全部电学知识后，再加以说明。大家都知道，若将金属环放在变化磁场中，则环内将产生感应电流，对于正常金属来说，当磁场去掉后，环内电流很快衰减为零，而对于超导环，情况却完全不同，下图为著名的持续电流实验。将一超导圆环放在磁场中并冷却到临界温度以下，突然撤去磁场，则在超导坏中产生感生电流。实验发现，此电流可以持续存在，观察几年也未发现电流有明显变化。对此现象的解释是：由于线圈磁通量的变化，在环中产生感应电动势。尽管回路的电阻为零，但由于线圈的自感，在电流增大的同时，伴生的反电动势阻碍了电流的进一步无限地增大。这就说明了超导线圈中的电流可以很大却不能无限大。设线圈的自感系数为L，环中原来的磁通量为Φ。，开始时环中无电流。在磁通量变化的过程中，由基尔霍夫定律：－dΦ/dt = L di/dt 两边积分，得－L I = Φ + c (c为任意常数)由初始条件：Φ＝Φ。时 I = 0 ,c = -Φ。所以 I = (Φ。-Φ)/L即超导环中电流与磁通量变化成正比，与自感系数成反比。一旦线圈重新处于一恒定的磁场而磁通量不再变化，电流将稳定在某一值上而不再变化。如何理解上面的结论呢？从能量转换和守恒的角度看，环中电流对应一定的能量。只有此形式能量向其他形式能量转换，电流才会减少。由于电阻为零，线圈的热功率为零，故不存在热损耗而使电流减小。那么，是否还有其它形式的能量损耗呢，例如电磁辐射？根据麦克斯韦理论，电磁波的能流密度S (Pointing矢量)＝E×H ，E、H分别电场强度和磁场强度。稳恒电流激发恒定磁场但恒定磁场不再激发出电场，即 E=0 ，S=0 ，线圈也不辐射电磁波。超导线圈将由于稳定的能量而保持稳定的电流。电压并不是电流的必要条件，它只是在电阻中维持电流才是必须的。例如电磁振荡中，振荡电流最大时线圈电压也是为零。应该指出的是，超导体只有在直流情况下才有零电阻现象，若电流随时间变化，将会有功率耗散。超导线圈在电压为零或很小的情况下能保持强大的电流，这为我们储存电能提供了十分诱人的前景。据测算，如能在高温超导上取得突破，从而采用大规模的超导材料储存电能，我国电能将能节约1/3以上 ,这还不包括在输电环节上由于采用超导技术而节约的电能呢。

超导材料定义具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压u（也可加一电压u），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。超导材料分类超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（nb）的tc最高，为9.26k。电工中实际应用的主要是铌和铅(pb，tc=7.201k)，已用于制造超导交流电力电缆、高q值谐振腔等。② 合金材料：超导元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(nb-75zr)，其tc为10.8k，hc为8.7特。继后发展了铌钛合金，虽然tc稍低了些，但hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是nb-33ti，tc=9.3k，hc＝11.0特；nb-60ti，tc=9.3k，hc=12特(4.2k)。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，性能进一步提高，nb-60ti-4ta的性能是，tc＝9.9k，hc=12.4特（4.2k）；nb-70ti-5ta的性能是，tc=9.8k，hc=12.8特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的nb3sn，其tc=18.1k，hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有v3ga，tc=16.8k，hc=24特；nb3al，tc=18.8k，hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了tc=35k的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。超导材料应用超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000mva）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。基本临界参量有以下 3个基本临界参量。①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以tc表示。tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低tc是钨，为0.012k。到1987年，临界温度最高值已提高到100k左右。②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以hc表示。hc与温度t 的关系为hc=h0[1-(t/tc)2]，式中h0为0k时的临界磁场。③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以ic表示。ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的ic称为临界电流密度，以jc表示。