郑东宁

1) (中国科学院物理研究所,北京凝聚态物理国家研究中心,北京 100190)

2) (中国科学院大学,物理科学学院,北京 100049)

3) (松山湖材料实验室,东莞 523808)

超导现象是一种宏观量子现象.磁通量子化和约瑟夫森效应是两个最能体现这种宏观量子特性的物理现象.超导量子干涉器件 (superconducting quantum interference device,SQUID)是利用这两个特性而形成的超导器件.SQUID器件在磁信号灵敏探测方面具有广泛的应用.本文简要介绍低温超导和高温超导SQUID器件的相关背景和发展现状以及应用领域.

1 引 言

根据BCS理论,超导体中的载流子在临界温度Tc以下会形成库珀对,并发生凝聚形成一种宏观有序态.这种有序态可以用一个宏观波函数(序参量)描述.事实上,在 BCS 理论出现之前,London[1]就指出超导是一种宏观量子现象.他还进一步预言一个闭合超导环所包含的磁通是量子化的,是磁通量子Φ0的整数倍,其中磁通量子是普朗克常数h除以载流子的有效电荷[1].这一预言后来得到了很好的实验验证,实验结果显示Φ0=h/2e≈2.0678 × 10—15Wb[2,3](这里e为电子电荷).分母为2e表明了超导体中的超导载流子是两个电子配对形成的库珀对.高温超导材料发现以后,实验上也很快验证了高温超导闭合环路中的磁通同样是量子化的[4],最小单元也是Φ0.磁通量子化是由超导宏观波函数的单值性决定的,即绕环路一圈回到原点后波函数的值不变,相位变化须是2π的整数倍.

1962年约瑟夫森预言[5],被一层很薄绝缘体分开的两个超导体形成的超导-绝缘-超导(S-I-S)隧道……