超导设备
超导器件虽然没有被广泛使用，但具有一些标准半导体器件所不具备的独特特性。在电信号放大、磁场检测和光检测方面的高灵敏度是有价值的应用。高速切换也是可能的，但目前不适用于计算机。传统的超导器件必须冷却到 0 开尔文 (-273 o C）。不过，目前正在研究高温超导体 基于设备，可在 90 K 及以下使用。这很重要，因为可以使用廉价的液氮进行冷却。
超导器件
超导性
超导性： Heike Onnes 发现了超导性 1911 年在汞 (Hg) 中获得了诺贝尔奖。大多数金属会随着温度的降低而降低电阻。但是，当接近 0 开尔文时，大多数不会降低到零电阻。汞的独特之处在于它的电阻在 4.2 K 时突然下降到 0 Ω。当冷却至低于其临界温度 T 时，超导体会突然失去所有电阻 c 超导的一个特性是导体中没有功率损耗。电流可能在超导线环中流动数千年。超导体包括铅（Pb）、铝（Al）、锡（Sn）和铌（Nb）。
库珀对
库珀对： 超导体中的无损传导不是通过普通的电子流。正常导体中的电子流在与刚性离子金属晶格碰撞时遇到阻力。随着温度的降低，晶格振动的减少会导致电阻降低 - 在一定程度上。晶格振动在绝对零时停止，但电子与晶格的能量耗散碰撞不会停止。因此，正常导体在绝对零时不会损失所有电阻。
超导体中的电子形成一对电子，称为 cooper pair ，随着温度下降到超导开始的临界温度以下。库珀对的存在是因为它的能级低于未成对电子。由于声子的交换，电子相互吸引 , 与振动相关的极低能量粒子。这个库珀对，量子力学实体（粒子或波）不受正常物理定律的约束。该实体通过晶格传播而不会遇到构成固定晶格的金属离子。因此，它不耗散能量。库珀对的量子力学性质只允许它交换离散量的能量，而不是连续可变的量。库珀对可以接受绝对最小的能量量子。如果晶格的振动能量较小，（由于低温），库珀对不能接受它，不能被晶格散射。因此，在临界温度下，铜对在晶格中畅通无阻地流动。
约瑟夫森结和晶体管
约瑟夫森路口： 布赖恩·约瑟夫森 (Brian Josephson) 因 1962 年对约瑟夫森结的预测而获得诺贝尔奖 .约瑟夫森结是一对由薄绝缘体桥接的超导体，如下图 (a) 所示，电子可以通过绝缘体进行隧道传输。第一个约瑟夫森结是由绝缘体桥接的铅超导体。如今，铝和铌的三层是首选。即使在超导体上施加零电压，电子也可以穿过绝缘体。
如果在结上施加电压，电流会降低并以与电压成正比的高频振荡。施加的电压和频率之间的关系非常精确，以至于现在根据约瑟夫森结振荡频率来定义标准电压。约瑟夫森结还可以用作低水平磁场的超灵敏探测器。它对从微波到伽马射线的电磁辐射也非常敏感。
(a) 约瑟夫森结，(b) 约瑟夫森晶体管。
约瑟夫森晶体管： 靠近约瑟夫森结的氧化物的电极可以通过电容耦合影响结。上图 (b) 中的这种组件是约瑟夫森晶体管。约瑟夫森晶体管的一个主要特点是功耗低，适用于高密度电路，例如计算机。这种晶体管通常是更复杂的超导设备（如 SQUID 或 RSFQ）的一部分。
超导量子干涉装置（SQUID）
鱿鱼： 一种超导量子干涉装置 或鱿鱼 是超导环内约瑟夫森结的组合。本次讨论仅考虑 DC SQUID。该器件对低强度磁场高度敏感。
恒定电流偏置被强制穿过与下图中的两个约瑟夫森结并联的环。在没有外加磁场的情况下，电流在两个结之间平均分配，并且整个环上不会产生电压。 [JBc] 虽然可以将任何值的磁通量 (Φ) 施加到 SQUID，但只有量化值（通量量子的倍数）可以流过超导环中的开口。[JBa] 如果施加的通量不是通量量子的精确倍数，多余的通量被环周围的循环电流抵消，产生分数通量量子。循环电流将沿该方向流动，该方向将抵消超过通量量子倍数的任何多余通量。它可以增加或减少所施加的通量，最高可达 ±(1/2) 通量量子。如果循环电流顺时针流动，则电流增加到顶部约瑟夫森结，并从较低的约瑟夫森结中减去。线性改变施加的通量会导致循环电流变化为正弦曲线。[JBb] 这可以作为 SQUID 两端的电压进行测量。随着外加磁场的增加，每增加一个通量量子，就可以计数一个电压脉冲。[HYP]
超导量子干涉装置 (SQUID)：超导环内的约瑟夫森结对。磁通的变化会在 JJ 对上产生电压变化。
据说 SQUID 对 10 -14 敏感 特斯拉，它可以在10 -13 检测大脑中神经电流的磁场 特斯拉。将此与 30 x 10 -6 进行比较 地球磁场的特斯拉强度。
快速单通量量子 (RSFQ)
快速单通量量子 (RSFQ)： RSFQ 电路不是模仿硅半导体电路，而是依赖于新概念：超导体内的磁通量量化和通量量子的运动产生皮秒量化电压脉冲。磁通量只能存在于以离散倍数量化的超导体部分内。使用允许的最低通量量。脉冲由约瑟夫森结而不是传统晶体管来切换。超导体基于铝和铌的三层，临界温度为 9.5 K，冷却至 5 K。
RSQF 的工作频率超过 100 GHz，功耗极低。使用现有的光刻技术制造很简单。但是，操作需要低至 5 K 的制冷。现实世界的商业应用包括模数和数模转换器、触发触发器、移位寄存器、存储器、加法器和乘法器。[DKB]
高温超导体
高温超导体： 高温超导体 是在高于 77 K 液氮沸点时表现出超导性的化合物。这很重要，因为液氮容易获得且价格低廉。大多数常规超导体是金属；广泛使用的高温超导体是铜酸盐 , 铜 (Cu) 的混合氧化物，例如 YBa2Cu3O7-x，临界温度，Tc =90 K。还有其他一些可用的列表。[OXFD] 本节中描述的大多数设备都在高温超导体版本中开发用于不太重要的应用程序。虽不具备传统金属超导器件的性能，但液氮冷却更胜一筹。
评论：
- 大多数金属在接近绝对值 0 时会降低电阻；但是，电阻并没有下降到 0。超导体在冷却后的临界温度下会迅速下降到零电阻。通常，Tc 在绝对零的 10 K 以内。
- 库珀对，电子对，一个量子力学实体，可以在金属晶格中畅通无阻地移动。
- 电子能够隧道穿过约瑟夫森结，即跨越一对超导体的绝缘间隙。
- 在结附近添加第三个电极或栅极构成约瑟夫森晶体管。
- SQUID（超导量子干涉装置）是一种高度灵敏的磁场检测器。它计算超导环内磁场的量子单位。
- RSFQ，快速单磁通量子是一种高速开关器件，它基于切换存在于超导回路中的磁量子。
- 高温超导体（Tc 高于液氮沸点）也可用于构建本部分中的超导器件。
工业技术