有这样一个神话故事: 一个人,神通广大,冲着无缝的墙壁走去,他居然安全地“钻”了过去．这在现实生活中显然是荒唐的,但如果把这个人想象成微观粒子,那么畅通于能量壁垒之间的现象,比比皆是。

我们可以作这样的一个夹层,它是由超导体S1、绝缘层和超导体S2串联在一起的．由于超导体S1 和S2 没有电阻,可以认为夹层的电阻就该等于绝缘层的电阻．绝缘层的电阻恒定,按“理”说,它的伏安特性曲线是一条直线,但实际情况并非如此．原来这是一种量子力学现象．该夹层形成了一个能量壁垒,叫做势垒．该势垒好象一座大山,挡住了电子的去路．经典物理告诉我们,只有能量大于势垒的电子才可以翻越“大山”,能量小于势垒的电子是“爬”不到势垒那边的．然而按照量子力学,能量小的电子也能通过势垒大山,这是因为微观粒子具有波动的性质．波动性用波函数来表示,波函数的平方为找到粒子的几率．几率波是连续不断的,从而找到粒子的几率在空间也是连续的,因此在势垒之外,这个几率原则上不为零,这就是电子之所以通过绝缘层的原因．人们为形象地表示这个现象,把它比喻为在能量势垒下面开了个“隧道”,而这种现象叫做正常电子隧道效应。

1962年,约瑟夫逊在BCS 理论的基础上,经过一番理论研究之后指出: 上述的超导体S1、绝缘层和超导体S2 夹层,当绝缘层的厚度更薄时(约为10 埃,1 埃=10-10 米),该夹层中应该发生一种新奇的现象,这就是电子对隧道效应．第二年,科学实验证实了这个预言,人们为表彰约瑟夫逊的贡献,将该夹层叫约瑟夫逊结,把该现象叫做约瑟夫逊效应。

这个效应包括四个方面的内容．1、当约瑟夫逊结上的直流电流小于某一临界值Ic 时,结上的电压为0,即结中的绝缘层也变成了超导体．Ic 介于几十微安到几十毫安之间；2、结上的最大直流电流Ic 受磁场影响,随磁场的变化,Ic 出现周期性变化；3、当通过结的电流大于该临界值时,结上出现电压,即出现正常电子隧道效应,与此同时还出现了一个高频交流电流；4、当用一定效率的电磁波照射处于一定外加电压的结时,通过结区的电流会突然增加．更有趣的是,当外加电压从小变大时,与此相应的电流呈现阶梯式的跳跃变化,在直流伏安特性曲线上出现一系列的电流阶梯,每个阶梯的高度有大有小,但宽度却是严格一致的．这就是说,每当电压增加一个特定数值时,电流就出现一次突变。

这个效应虽然是量子效应,但却可以在宏观尺度上观察到,因此它的发现立刻震惊了整个物理学界,真可谓是超导电技术发展史上的一个重要的里程碑。