протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона); предсказан на основе теории сверхпроводимости (См. Сверхпроводимость) 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 Джозефсона эффект 10 А) благодаря туннельному эффекту (См. Туннельный эффект). Если ток через контакт Джозефсона не превышает определённого значения, называемого критическим током контакта, то падение напряжения на контакте отсутствует (так называемый стационарный Д. э., см. рис., в). Если же через контакт пропускать ток, бо́льший критического, то на контакте возникает падение напряжения V, и контакт излучает электромагнитные волны (нестационарный Д. э., 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.

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 Д. э. 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^-8 a/м (10^-8-10^-9 э), магнитных полей. Имеются также возможности применения слабосвязанных сверхпроводников в качестве легко перестраивающихся в широком диапазоне частот маломощных генераторов, чувствительных детекторов, усилителей и др. приборов СВЧ- и 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.

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 (Джозефсона эффект 10 Å существует ток сверхпроводимости (стационарный Д. э.); г - при наличии тока в цепи и напряжения на контакте Джозефсона в нём возникает электромагнитное излучение (нестационарный Д. э.).

уменьшение работы выхода (См. Работа выхода) электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии (См. Термоэлектронная эмиссия), в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см. Ионная эмиссия) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии (См. Фотоэлектронная эмиссия) в сторону бо́льших длин волн λ Ш. э. возникает в полях Е, достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е Шотки эффект 10 -100 в․см^―1), и существен до полей Е Шотки эффект 10⁶ в^. см^―1. При Е > 10⁷ в․см^―1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (Туннельная эмиссия).

Классическая теория Ш. э. для металлов создана немецким учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрического поля перпендикулярны его поверхности. Поэтому электрон с зарядом -е, находящийся на расстоянии х > а (а - межатомное расстояние) от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине х своё "электрическое изображение", т. е. заряд +е. Сила их притяжения:

(1)

(ε_o - Диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (φ _{э. и.} = -е/16πε_ох. Внешнее электрическое поле уменьшает φ _{э. и.} на величину Е^. х (см. рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при х = х_м =. При E ≤ 5^.10⁶в^. см^―1 x_m ≥ 8Å. Уменьшение работы выхода Φ за счёт действия поля равно: , например при Е = 10⁵в^. см^―1 ΔΦ = 0,12 эв и х_м=60 Å. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от j_o до , где к - Больцмана постоянная, а частотный порог фотоэмиссии сдвигается на величину:

. (2)

В случае, когда эмиттирующая поверхность неоднородна и на ней имеются "пятна" с различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрическое поле "пятен". Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрическое поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растет при увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).

Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников (См. Полупроводники) белее сложно. Электрическое поле проникает в них на бо́льшую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса экранирования r_э. Для х > r_э справедлива формула (1), но для полей Е во много раз меньших, чем у металлов (ЕШотки эффект10²-10⁴ в/см). Кроме того, внешнее электрическое поле, проникая в полупроводник, вызывает в нём перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности полупроводников имеются поверхностные электронные состояния. При достаточной их плотности (Шотки эффект10¹³ см^―2) находящиеся в них электроны экранируют внешнее поле. В этом случае (если заполнение и опустошение поверхностных состояний под действием поля вылетающего электрона происходит достаточно быстро) Ш. э. такой же, как и в металлах. Ш. э. имеет место и при протекании тока через контакт металл - полупроводник (см. Шотки барьер, Шотки диод).

Лит.: Schottky W., "Physikalische Zeitschrift", 1914, Bd 15, S. 872; Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Ненакаливаемые катоды, М., 1974.

Т. М. Лифшиц.

Ф э.и. - потенциальная энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Ф - потенциальная энергия электрона вблизи поверхности металла а присутствии внешнего электрического поля: Ф_м - работа выхода металла; ∆Ф - уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля; Е_F - уровень Ферми в металле; х_м - расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.