検索に移動このような二つの超伝導体の間に絶縁体などの障壁がある接合において、障壁層がきわめて薄いとき、超伝導体間に超伝導電流が流れる。ジョセフソン電流という。effect)は、弱く結合した2つの超伝導体の間に、超伝導電子対のトンネル効果によって超伝導電流が流れる現象である。1962年に、当時ケンブリッジ大学の大学院生だったブライアン・ジョセフソンによって理論的に導かれ[1]、ベル研究所のアンダーソンとローウェルによって実験的に検証された。1973年、ブライアン・ジョセフソンは江崎玲於奈らと共にジョゼフソン効果の研究によりノーベル物理学賞を受賞した。SQUID)のようなジョセフソン効果による量子力学回路の重要な実用例もある。弱結合の種類としては、トンネル接合、サブミクロンサイズのブリッジ、ポイントコンタクト等がある。程度の常伝導金属あるいは半導体等が使われる。弱結合を介して流れる超伝導電流をジョセフソン電流、ジョセフソン効果を示すトンネル接合をジョセフソン接合と呼ぶ。電子デバイスとして扱われる場合はジョセフソン素子と呼ばれる。外部リンク原理[編集]超伝導状態の物質はその内部で、すべてのクーパー対がボースアインシュタイン凝縮により全体として1つの巨大な電子対としてふるまう。このとき超伝導を示す電子の物質波の位相は巨大量子化によって物質の隅々まで全く同じ状態になる。ミクロでしか作用しなかった量子効果が、超伝導によってマクロな巨大量子状態になって現れたことになる。仮に2つの超伝導物質を、最初は離したままで常伝導から超伝導へと変えてやると、これらの内部にも完全に位相のそろった大きな電子対をそれぞれ抱えた大きな塊が2つ出来上がる。これら2つの塊は物質波の位相が不揃いであり、近づければ位相を揃えた1つの塊になろうと位相差分の電流が片方からもう一方へと流れる。このとき電位差は存在しないのに、電流だけが流れる。これがジョセフソン電流である。基本式[編集]以下では、理想的なジョセフソン接合についてその原理を述べる。ジョセフソン効果は次の式によって記述される[2]。2つの超伝導体の波動関数の位相差である。1番目の式は超伝導電流と位相差の関係を、2番目の式は電圧が位相差の時間変化率と結びついていることを表している。関係式で与えられる[3]。ボルツマン定数である。effect)がある。小さい、時間的に一定の電流を流したとする。よって電圧降下は発生しない。このように電圧降下を伴わずに接合に直流電流が流れる現象を直流ジョセフソン効果と呼ぶ。交流ジョセフソン効果[編集]ジョセフソン接合の両端に電圧をかけた場合を考える。以上の電流を流すことによって実現できる。簡単のため電圧は時間的に一定とする。このとき第2の式より、位相差は一定の速度で変化を続ける。ところで第1の式より、超伝導電流は位相差の周期関数であることから、このとき交流の超伝導電流が発生する。この関係は材料等に依存せず、電気素量とプランク定数のみで定まるため、完璧な周波数電圧変換機(FVC)となる。このように接合に有限電圧がかかっているときに交流電流が流れる現象を交流ジョセフソン効果と呼ぶ。この効果はジョセフソン接合によるマイクロ波の吸収および放出によって確認できる。交流ジョセフソン効果は、後に述べるように電圧標準として用いられる。磁場の効果[編集]ジョセフソン効果の特徴として、磁場に敏感なことが挙げられる。接合面に水平に磁場をかけたとき、ジョセフソン電流は次の形に書くことができる[4]。これから、最大ジョセフソン電流は次のように磁束によって変調されることがわかる。_{0}}}\right|}上式は、光学とのアナロジーからしばしばフラウンホーファーパターンあるいは干渉パターンと呼ばれる。ような磁束計としての応用が可能である。交流ジョセフソン効果は、電圧の単位であるボルトを定めるための電圧標準に用いられている。ジョセフソン素子にマイクロ波を照射すると、電流-電圧特性がステップ状に変化する。このステップをシャピロステップと呼ぶ。[5]が電圧標準に使用されている。2019年6月16日閲覧。コトバンクこの項目は、物理学に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています(プロジェクト:物理学/Portal:物理学)。(日時は個人設定で未設定ならばUTC)。表示-継承ライセンスの下で利用可能です。追加の条件が適用される場合があります。詳細は利用規約を参照してください。Cookieに関する声明モバイルビュ。