約瑟夫森

英國物理學家

約瑟夫森(1940~ )Josephson,Brian David英國物理學家。1940年1月4日生於英國威爾士的加迪夫。中學畢業后在劍橋三一學院學數學和物理。還是大學生時就從事科學研究,1960年在劍橋大學學士學位,1964年獲碩士博士學位。1962~1969年任劍橋大學三一學院初級研究員。1965~1966年在美國伊利諾伊大學任研究助理教授。1967~1972年任劍橋大學研究部副主任。

人物生平


約瑟夫森
約瑟夫森
1962年,約瑟夫森計算了超導結的隧道效應並得出結論:如果兩個超導體距離足夠近,電子對可以通過超導體之間的極薄絕緣層形成超導電流,而超導結上並不出現電壓;如果超導結上加有電壓,可產生高頻超導電流。約瑟夫森由於預言隧道超導電流而獲得1973年度諾貝爾物理學獎。1969年獲英國新科學家稱號和美國研究有限公司獎勵。曾獲F.倫敦獎、范德波獎章、克雷森獎章、休斯獎章、霍爾維克獎章。
1996年,約瑟夫森還與加州大學女統計學家烏茲(Jessica Utts)教授合寫了一篇文章《超自然:證據及其對意識的含義》,部分發表於《泰晤士報高教增刊》上。烏茲就是那位與海曼一同為中央情報局(CIA)評估美國星門計劃的專家,她本人相信特異功能,而海曼不相信。他們倆人的評估結論也有分歧。約瑟夫森與烏茲合作,重點在於解決實驗數據的統計問題。因為經常有懷疑論者抨擊超自然主義者誤用統計,而烏茲是應用統計學專家,她可以把超心理一類實驗結果“整理”得很好,作出符合行家水準的統計分析。由此可見,現代靈學超心理學越來越精緻化,從形式上看,與常規科學幾乎無法區分。這也是外行、社會學家認為它們也是科學的一個理由。當然,還是前面的話,科學與科學也有區別。將外部區別轉化為內部區別,並沒有真正解決爭論。

約瑟夫森效應


電子能通過兩塊超導體之間薄絕緣層的量子隧道效應。1962年由B.D約瑟夫森首先在理論上預言,在不到一年的時間內,P.W.安德森和J.M.羅厄耳等人從實驗上證實了約瑟夫森的預言。約瑟夫森 效應的物理內容很快得到充實和完善,應用也快速發展,逐漸形成一門新興學科——超導電子學。
兩塊超導體通過一絕緣薄層(厚度為10埃左右)連接起來,絕緣層對電子來說是一勢壘,一塊超導體中的電子可穿過勢壘進入另一超導體中,這是特有的量子力學的隧道效應。當絕緣層太厚時,隧道效應不明顯,太薄時,兩塊超導體實際上連成一塊,這兩種情形都不會發生約瑟夫森效應。絕緣層不太厚也不太薄時稱為弱連接超導體。兩塊超導體夾一層薄絕緣材料的組合稱S-I-S超導隧道結或約瑟夫森結。約瑟夫森效應主要表現為:
直流約瑟夫森效應 結兩端的電壓V=0時,結中可存在超導電流,它是由超導體中的庫珀對的隧道效應引起的。只要該超導電流小於某一臨界電流Ic,就始終保持此零電壓現象,Ic稱為約瑟夫森臨界電流。Ic對外磁場十分敏感,甚至地磁場可明顯地影響Ic。沿結平面加恆定外磁場時,結中的隧道電流密度在結平面的法線方向上產生不均勻的空間分佈。改變外磁場時,通過結的超導電流Is隨外磁場的增加而周期性地變化,描出與光學中的夫琅和費單縫衍射分佈曲線相似的曲線,稱為超導隧結的量子衍射現象
交流約瑟夫森效應 結兩端的直流電壓V≠0時,通過結的電流是一個交變的振蕩超導電流,振蕩頻率(稱約瑟夫森頻率)f與電壓V成正比,即f=V,e為電子電量,h為普朗克常數,這使超導隧道結具有輻射或吸收電磁波的能力。以微波輻照隧道結時可產生共振現象。連續改變所加的直流電壓以改變交流振蕩頻率,當約瑟夫森頻率f等於微波頻率的整數倍時,就發生共振,此時有直流成分的超導電流流過隧道結,在 I-V 特性曲線上可觀察到一系列離散的階 梯式的恆定電流。測定約瑟夫森頻率f,可由電壓V測定常量2e/ h,或從已知常量e和h精確測定V。