电流与波函数的相位有直接的关系,可得约瑟夫森结的电流为
I=Icsinϕ\begin{align} I=I_c sin\phi \end{align} I=Icsinϕ
式中,IcI_cIc为临界电流,相位差为ϕ=ϕ2−ϕ1\phi=\phi_2-\phi_1ϕ=ϕ2−ϕ1。
根据磁矢势A的定义,B磁场将不会改变,如果作如下规范变化
A′=A+∇x\begin{align} A'=A+\nabla x \end{align} A′=A+∇x
在这里,x是任一标量函数,可使两边超导体的波函数相位改变为
ϕ1′=ϕ1−4πehx1ϕ2′=ϕ2−4πehx2\begin{align} \phi_1'=\phi_1-\frac{4\pi e}{h}x_1 \end{align} \begin{align} \phi_2'=\phi_2-\frac{4\pi e}{h}x_2 \end{align} ϕ1′=ϕ1−h4πex1ϕ2′=ϕ2−h4πex2
现在将两点的波函数相位差定义为
ϕ=ϕ2−ϕ1+2πΦ0∫12A⋅dl\begin{align} \phi=\phi_2-\phi_1+\frac{2\pi}{\Phi_0}\int_{1}^{2}A\cdot dl \end{align} ϕ=ϕ2−ϕ1+Φ02π∫12A⋅dl
式中,Φ0=h2e=2.07×\Phi_0=\frac{h}{2e}=2.07\timesΦ0=2eh=2.07× 10-5 Wb,称为单磁通量子,是最小的磁通量单位。
代入(1)式,可得
I=Icsinϕ=Icsin(ϕ2−ϕ1+2πΦ0∫12A⋅dl)\begin{align} I=I_csin\phi=I_csin(\phi_2-\phi_1+\frac{2\pi}{\Phi_0}\int_{1}^{2}A\cdot dl) \end{align} I=Icsinϕ=Icsin(ϕ2−ϕ1+Φ02π∫12A⋅dl)
(6)式表明约瑟夫森结电流不仅与结电压有关,而且与磁场有关,结电压能决定相位差ϕ2−ϕ1\phi_2-\phi_1ϕ2−ϕ1