Джозефсона эффект, протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона); предсказан на основе теории сверхпроводимости английским физиком Б. Джозефсоном в 1962, обнаружен американскими физиками П. Андерсоном и Дж. Роуэллом в 1963. Электроны проводимости проходят через диэлектрик (обычно плёнку окиси металла толщиной ~ 10 А) благодаря туннельному эффекту. Если ток через контакт Джозефсона не превышает определённого значения, называемого критическим током контакта, то падение напряжения на контакте отсутствует (так называемый стационарный Джозефсона эффект, см. рис., в). Если же через контакт пропускать ток, больший критического, то на контакте возникает падение напряжения V, и контакт излучает электромагнитные волны (нестационарный Джозефсона эффект, рис., г). Частота излучения v связана с напряжением на контакте соотношением v = 2eV/h, где е — заряд электрона, h — Планка постоянная. Возникновение излучения связано с тем, что объединённые в пары электроны, создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию 2eV. Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние — это излучить квант электромагнитной энергии hv = 2eV.

 существует ток сверхпроводимости (стационарный Джозефсона эффект); г — при наличии тока в цепи и напряжения на контакте Джозефсона в нём возникает электромагнитное излучение (нестационарный Джозефсона эффект). Джозефсона эффект." alt="Схемы экспериментов, объясняющих эффект Джозефсона: а — падение напряжения на включенном в электрическую цепь сверхпроводнике равно нулю; б — при значительной толщине диэлектрика, разделяющего сверхпроводники, тока в цепи нет, вольтметр показывает эдс батареи; в — при малом зазоре между сверхпроводниками (~ 10  существует ток сверхпроводимости (стационарный Джозефсона эффект); г — при наличии тока в цепи и напряжения на контакте Джозефсона в нём возникает электромагнитное излучение (нестационарный Джозефсона эффект)."

Схемы экспериментов, объясняющих эффект Джозефсона: а — падение напряжения на включенном в электрическую цепь сверхпроводнике равно нулю; б — при значительной толщине диэлектрика, разделяющего сверхпроводники, тока в цепи нет, вольтметр показывает эдс батареи; в — при малом зазоре между сверхпроводниками (~ 10  существует ток сверхпроводимости (стационарный Джозефсона эффект); г — при наличии тока в цепи и напряжения на контакте Джозефсона в нём возникает электромагнитное излучение (нестационарный Джозефсона эффект).

  Аналогичный эффект наблюдается и в том случае, когда сверхпроводники соединены тонкой перемычкой (мостиком или точечным контактом) или между ними находится тонкий слой металла в нормальном состоянии. Такие системы вместе с контактами Джозефсона называют слабосвязанными сверхпроводниками. На основе Джозефсона эффект созданы сверхпроводящие интерферометры, содержащие две параллельно включённые слабые связи между сверхпроводниками. Особый, квантовый характер сверхпроводящего состояния приводит к интерференции сверхпроводящих токов, прошедших через слабые связи. При этом критический ток оказывается зависящим от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать такое устройство для чрезвычайно точного измерения, до 8·10^-7—8·10^-8a/м (10^-8—10^-9э), магнитных полей. Имеются также возможности применения слабосвязанных сверхпроводников в качестве легко перестраивающихся в широком диапазоне частот маломощных генераторов, чувствительных детекторов, усилителей и др. приборов СВЧи далёкого ИК-диапазонов.

 

  Лит.: Лангенберг Д. Н. [и др.], Эффекты Джозефсона, «Успехи физических наук», 1967, т. 91, в. 2, с. 317; Кулик И. О., Янсон И. К., Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах, М., 1970.

  Л. Г. Асламазов.