高温超导材料在微波通讯中的应用(2)
(2)完全抗磁性。研究发现，把纯净的、无应力的超导体放在外界磁场中，超导体内部磁场一直为零，外部磁场无法穿透。如图1(b)所示这种不被外磁场穿透的现象称作超导体的完全抗磁性，又称为迈斯纳效应。利用这种效应，超导体可使磁铁悬浮在空中。如图2所示，高温时将永久磁铁放在用超导材料做成的超导盘内，然后把温度降低到临界值以下，让超导盘处于超导状态，会发现小磁铁离开超导盘表面，自动升起，上升一段距离后，便静止不动了。零电阻效应和迈斯纳效应是超导态两个独立的基本性质。
(3)约瑟夫逊效应。由超导体S1、绝缘层及超导体S2组成一个夹层，当绝缘层的厚度极薄时(约10埃)，S1中的电子对能穿过绝缘层进S2，如图3所示这就是电子对隧道效应。这是约瑟夫逊首先发现的，因此将该夹层叫做约瑟夫逊结，此种现象叫做约瑟夫逊效应。
(a)T>TC (b) T<TC
图1超导球中的磁场 图2 超导盘转变为超导状态
图3 约瑟夫逊效应，S1、S2为超导体，t为绝缘层
1.2 高温超导材料在微波通讯中的机理
微波通讯是指一种综合技术，将信号以频率在0.3GHz至300GHz的微波作为载体传输。微波通讯是目前发展高温超导弱电应用的一个主要方向，超导弱电应用主要是基于磁通量子化，能隙、隧道和约瑟夫森效应等。然而对微波应用产生影响的主要是约瑟夫逊效应，图2给出的是用两块超导体1和2和一个薄势垒层组成的一个超导体-绝缘体-超导体(SIS)组成的约瑟夫森隧道结的示意图。已知图中，势垒区厚度用t表示，超导体的穿透深度用λ1和λ2表示，V表示超导体的总电压。下列是约瑟夫森归纳出的著名的约瑟夫森方程组[10] 。
其中， 为电子对波函数的相位差， ， 为电流密度， 为临界电流密度， 为磁场强度， 为单位矢量[11]。 为有效穿透深度[12]，因为 不大，因此 由 决定。 为光在真空中的速度， 为电磁波在结中的传播速度
(2.5)
其中， 电容/单位面积， 为相对介电常数。 称为约瑟夫森穿透深度
(2.6)
其中， >> 。已知 ，也就是说 的空间分布不均匀性的量度标准。当结的宽度 远小于 时，结中j分布是均匀的，称为“小结”。但由式(2.6)可以看出， 与 和 有关。由于 和 都与温度有关，因此 也与温度有关。 “小结”中因为j是均匀分布的，因此 (2.1)能够写为
(2.7)
式中， 为流过结的电流， 为结的临界电流。费曼认为若结两侧超导体相互独立，能够用波函数 和 来表示，而且满足薛定谔方程
式中 ， ， 和 表示1和2库伯电子对能量， 和 表示1和2库伯电子对密度。如果S-I-S隧道结的t十分薄，让两边的超导体能够发生弱耦合，那么ψ1和ψ2无法完全独立，因此可满足下面的方程式
式中k为耦合系数。
将 、 入(2．9a)和(2．9b)，让两个方程组实部和虚部相等，可以得出
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