一种超冷二维费米气体中实现的超导隧道结

约瑟夫森结（JosephsonJunction ，简写：JJ），又称为超导隧道结，一般由两块超导体夹以某种很薄的势垒层而构成的结构，在其中超导电子可以通过隧道效应从一边穿过半导体或绝缘体薄膜到达另一边。
德国汉堡大学的科学家成功地在两个超流体费米气体储层的装置中观察到类似约瑟夫森结现象。该最新研究成果论文，题为：“超冷二维费米气体中的理想约瑟夫森结” ，发表在这一期的《科学》杂志上。
有些事情按照我们的常理不应该发生。例如，水不能穿过一个玻璃杯从杯的内边流到外边。出乎意料的是，只要内外这两种液体之间的势垒足够地薄，量子力学就可以做到这一点。由于量子隧穿效应，即使阻挡层高于液体的水平，粒子也可以穿透阻挡层。即使当两侧的液体处于同一水平或液体流动必须稍微向上流动时，该液体甚至可以流动。然而，为此，两侧的流体必须是超流体，即它们必须能够绕障碍物流动而没有摩擦。

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【一种超冷二维费米气体中实现的超导隧道结】这种惊人的现象是布莱恩·约瑟夫森（BrianJosephson）在其博士论文中预言的，它具有根本的重要性，因此被授予诺贝尔奖。这种流动仅由超流体的波动性质驱动，并且除其他因素外，可以确保超流体开始在两侧之间来回振荡，这种现象称为约瑟夫森振荡。
约瑟夫森效应最早是在1962年在两个超导体之间观察到的。在实验中，类似于没有水位差的水流，电流可以流过隧道触点而无需施加电压。这一发现即使在宏观上也能观察到超导体中物质的波动性质。

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现在，德国汉堡大学的科学家们首次成功地观察到了二维费米气体中的约瑟夫森振荡。这些费米气体由只有几千个原子的气体云组成。如果将它们冷却到比绝对零高几百分之一的度，则它们将成为超流体。现在，它们可以用于研究超流体，在这些流体中，粒子彼此之间相互作用很强，并且仅存在于二维中。这种组合对于高温超导性很重要。
研究人员说：“我们对实验中约瑟夫森振荡的清晰可见程度感到惊讶。这清楚地证明了我们的超冷二维费米气体中的相干性。 ”“我们对系统的高度控制也使我们能够测量临界电流，超过该临界电流超流动性就会崩溃。 ”

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通过在超冷2D费米气体中实现约瑟夫森结，研究团队测量了该约瑟夫森振动的频率，作为跨结的相位差的函数，并且发现与理想约瑟夫森结的正弦电流相位关系极为吻合。还确定了从紧密结合的分子到弱结合的库珀对的交叉中结的临界电流。研究测量清楚地证明了相干性，并为强相互作用的二维费米气体中的超流提供了有力的证据。
研究人员表示：“这一突破为我们提供了新的机会，使我们能够深入了解强相关的二维超流体的性质，这些在现代物理学中非常重要，但在理论上很难模拟。通过我们的实验有助于更好地理解这些量子系统。 ”