王 越，魏玉科，杨 涛，冯庆荣

（北京大学物理学院，北京100871）

1 引 言

约瑟夫森效应描述了弱连接超导体之间超导电子对（库伯对）的量子隧穿现象，是超导体宏观量子特性的生动体现[1].这一效应的发现导致一门新的电子学技术，即超导电子学的诞生和蓬勃发展.现在，约瑟夫森效应已在很多超导器件（如超导量子干涉器）及相关研究领域（如精密测量）得到重要应用.了解、观测约瑟夫森效应，不仅可以使学生对超导体的宏观量子特性有更深入的理解，还可为他们了解科研和生活中常见的超导电子学技术及应用提供指引和帮助.

约瑟夫森效应可以分为直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫森效应[2].当约瑟夫森结两侧电压为零时，可以有很小的直流电流无阻地通过结，这一现象即称为直流约瑟夫森效应.通过的超导电流可表述为：I＝ICsinΔφ，其中Δφ为结两侧超导体波函数的相位差，IC称为约瑟夫森临界电流，表征能通过结的最大超导电流，它取决于结两侧超导体的耦合程度.当约瑟夫森结两侧存在直流电压V时，通过结的超导隧道电流为交变电流，其频率为ν＝2eV／h，其中h为普朗克常量.这一现象一般称为交流约瑟夫森效应.在实验上为了证实交变超导电流的存在，可以选用适当频率的电磁波（如微波）来照射约瑟夫森结.按照理论，当直流偏压V满足2eV＝nhν（n＝1，2，…）时，约瑟夫森电流存在直流分量，可以在V－I特性曲线上观测到一系列的台阶，称为微波感应台阶，或夏皮罗台阶……