1973年诺贝尔物理学奖
1973年物理学奖得主，是英国的布赖恩·约瑟夫森（Brian D.Josephson（）获得奖金的一半）、美国的伊瓦尔·贾埃弗（Ivar Giaever）和日本的江崎玲于奈（Reona Esaki）（二人分享另一半奖金）。约瑟夫森(英国)提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质，即约瑟夫森效应。江崎玲于奈发现了半导体隧道效应，贾埃弗发现了超导体的隧道效应。
布赖恩·戴维·约瑟夫森（Brian David Josephson，1940—），出生于英国威尔士的加迪夫（Cardiff）。1960年在剑桥大学三一学院获学士学位。1962年，约瑟夫森在英国剑桥大学读研究生，19年获得博士学位。1962年—1969年任剑桥大学三一学院初级研究员。1965年—1966年在美国伊利诺伊大学任研究助理教授。1967年—1972年任剑桥大学研究部副主任。
早在20世纪30年代就有迹象表明超导隧道效应的存在。例如，霍尔姆（R.Holm）和迈斯纳（W.Meissner）就曾从实验得出如下结论：当两金属变成超导体时，两金属间的接触电阻就会消失。1952年迈斯纳的学生迪特里希（I.Dietrich）重复作了类似实验。他在钽（Ta）表面覆以TiO2或CeO2薄层，再以Ta为试探电极接触。他测量了其间的电流，发现在某温度下电阻消失。
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但是，当时人们无法理解这些实验结果的普遍意义。1958年江崎宣布发明了隧道二极管，这件事大大激励了人们对隧道效应的注意。正好这时BCS理论提出，一度被搁置的隧道效应到了彻底研究的时候了。
1961年—1962年，约瑟夫森在英国剑桥大学皮帕德（B.Pippard）教授指导下读研究生。有一次，他去参观安德森（P.W.Anderson）教授的实验室。安德森对隧道超导电流课题已经作出了重大贡献，其中包括许多未发表的结果。在安德森的讲座中，介绍了在超导体中“破缺对称性”这个新概念，约瑟夫森被破缺对称性的思想深深地吸引住了，思索如何通过实验对它进行观测。接着他得悉贾埃弗的隧道实验。皮帕德考虑过一个（库珀）电子对隧道贯穿绝缘势垒的可能性，正如贾埃弗做过的，但是他认为两个电子同时穿越的几率太小，以至于不能观测到任何效应。这个似是而非的论点现在知道是不正确的，然而它却使约瑟夫森的注意力转到了另外一种可能性，即通过势垒的正常电流可以因相位差而改变。有一天，安德森给约瑟夫森看了他刚刚收到的从芝加哥寄来的预印本。在这篇文章中，柯恩（M.H.A.Cohen）、法利可夫（L.M.Falicov）和菲利普斯（J.C.PhillipS）计算了流入超导-势垒-正常金属组成的系统的电流，肯定了贾埃弗的公式。约瑟夫森立即开始把这种计算推广到势垒两边都是超导的情况，得到的结果为：I＝I0(V)＋I1＇(V)cos(△φ)＋I1(V)sin(△φ)。此处V为两个超导区的电势差，△φ为位相差，其中第一项对直流电
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流有贡献，结果与贾埃弗的预计一致，第二项正是约瑟夫森所期望的，然而第三项完全没有料到。约瑟夫森反复检查自己的计算，确认没有错误。
安德森帮助他作出解释，使他有足够的信心发表计算的结果。尽管安德森的解释后来证明是不够正确的，但是约瑟夫森得到很大启发，因为安德森向他指出：磁场的存在可能严重影响超导电流。皮帕德建议他亲自通过测量在补偿场中结的特性以观测隧道超导电流。但结果是否定的——比预期的临界电流还小千倍的电流，就足以在结两侧建立可检测的电压。安德森终于领悟到在某些样品中观测不到直流超导电流的原因是：在高电阻样品中，传送到样品测量接头的电噪声很大，产生的噪声电流足以超过临界超导电流。安德森和罗韦尔（J.M.Rowell）一起做了一些低电阻样品，立刻就得到了存在隧道电流的令人信服的证据。接着，安德森和罗韦尔观测到了类似于光的单缝实验那样的条纹。
于是，约瑟夫森从理论上作出预言，对于超导体-绝缘层-超导体互相接触的结构（也叫S-I-S结构），只要绝缘层足够薄，超导体内的电子对就有可能穿透绝缘层势垒，导致如下效应（约瑟夫森效应）：①在恒定电压下，既有直流超导电流产生，也有交流超流，其频率为2eV/h；②在零电压下，有直流超流产生，这一电流对磁场非常敏感，磁场加大，电流将迅速减小；③如果在
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直流电压上再叠加一交流电压，其频率为v，则会出现一零斜率的电阻区，在这个区域内电流有傅里叶成分，电压V与v的关系为2eV/h＝nv（其中n为整数）。
交流约瑟夫森效应不久也得到证实。1963年夏皮罗在《物理评论快报》上报导了微波实验的结果。他把低阻隧道交叉结放在低温的微波谐振腔里，用X-Y示波器显示隧道电流，观察到了台阶形的电流电压曲线，电压台阶的间隔正好是约瑟夫森预言的hv/2e值，从而间接地证实了交流约瑟夫森效应。约瑟夫森在发现以他的名字命名的效应时，刚满22岁。
伊瓦尔·贾埃弗（Ivar Giaever，1929—），出生于挪威的卑尔根（Bergen）。他上学后异常勤奋，中学毕业后历经三次考试才进入大学学习。进入大学后，他放松了学习，耽于玩乐，学习成绩一落千丈，勉强拿到大学文凭。1954年他移居加拿大，在通用电气公司谋到了一份工作，后来他又去美国，到了纽约州的斯内克内塔迪。1963年加入美国籍，19年在伦塞勒工业学院获博士学位。
1956年，贾埃弗参加工程师培训班，到美国纽约州通用电气研究所，与该所的电气实验室签订了6个月的合同，负责有关热流的研究项目。在这段时间里，贾埃弗注意到这个实验室里还
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有一个研究课题是有关固体物理学的，这个课题对他更有吸引力，于是在合同期满时转到了这个小组。同时，贾埃弗还在一所工科学院选修高级物理课程，从费曼刚出版的《费曼物理学讲义》中学到了必需的物理学知识，这一阶段的学习对他后来的工作有相当重要的影响。这个固体物理小组中有一位物理学家名叫费希尔（J.Fisher），曾对薄膜中的电子的特性作过研究。根据BCS理论可以证明，在超导体中有能隙禁区存在，如果把具有禁区能量的电子注入超导体，这些电子就会受到禁区的排斥。费希尔认识到这一结论的重要性，全力主张以实验予以证明，贾埃弗成了他的合作者。开始时，费希尔和贾埃弗利用朗缪尔膜研究薄膜性质。他们试图把金属电极安放在单分子层的两侧并测试其间的电导，但是这个实验太复杂，也很不可靠，他们不得不放弃。随后他们转而采用铝-氧化铝-铝薄膜做了一系列实验，研究电流、电压与膜厚及温度的关系。实验表明，通过阻挡层的电流是由于电子隧道效应引起的。经过一年的努力工作，贾埃沃不仅学到了物理学的有关理论，而且很好地掌握了有关的实验技术。1959年底，费希尔的工作重点转移到别的领域，贾埃弗开始地开展研究。
铝-氧化铝-铝薄膜的温度很低时，可以观测到一种特殊的效应，铝在低温时是超导体，也许这一效应正是超导电性的一种表现。于是有人想到，如果把这种薄膜放到低于1.2K的极低温观测，应该会有明显的效应。可是贾埃弗拒绝了这个建议。他认为大部分电阻来自阻挡层，如果只
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是金属的电阻消失不会使阻挡层的电流发生如此大的变化。如果仔细研究以前一系列的实验结果就会发现，贾埃弗的论点是太荒谬了。然而这并不奇怪，在当时贾埃弗根本不知道超导体中在费米能级处有能隙。甚至在一开始时他连江崎玲于奈发现了半导体隧道效应都不知道。作为只有一年经历的物理学工作者，他不可能像受过常规训练的物理学家那样知道早该知道的一些事。在他周围的固体物理学家也没有向他提醒要注意超导能隙这一基本概念。
1960年初，人们再次提出把结合膜的温度降低到超导转变温度之下，这时，贾埃弗正好在超导课程中学到了能隙概念。他立刻联想到，有可能存在隧道电流效应。他把自己的想法告诉费希尔等人。费希尔认为能隙不一定有这么重要，因为它太小了。不过，他们建议贾埃弗不妨试试。贾埃沃用铝-氧化铝-铅结合膜作实验，因为铅在7.2K就会成为超导体。最初的两次实验失败了，因为样品的氧化层太厚。第三次实验，他不是仔细地氧化第一层铝膜，而是简单地把它放在空气中暴露几分钟，再放回蒸发台去沉积交叉的铅膜。这一方法做成的氧化层大约只有3×10-9m厚，所以，很容易就用现成的设备测出电流电压的特性曲线，所得结果正是预期的隧道效应。贾埃弗立即用不同的样品重复这个实验，都毫无例外地出现了隧道效应。
对于超导电性，按照BCS理论，超导电流是由电子对构成的。1957年，巴丁、库珀和施里
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弗建立了超导微观理论（BCS理论）成功地解释了超导体的各种性质。这个理论的关键在于库珀提出的电子对概念。应该说，BCS理论的重要成果之一就是导致了约瑟夫森效应的发现。但是约瑟夫森作出发现的直接起因还是由于受到贾埃弗发现超导体隧道效应的激励。
江崎玲于奈（Reona Esaki，1925—），出生于日本大阪的一个建筑师家庭里，1938年，江崎进入同志社中学，三年后父亲去世。江崎自幼就表现出对科学的浓厚兴趣，喜欢阅读科学家传记故事，立志要作像爱迪生和马可尼那样的发明家，小时自己动手制作电动火车和汽车模型。1940年，他以优异成绩越级进入京都第三高等学校。1944年初提前毕业。同年10月，江崎进入东京帝国大学攻读实验物理。在大学期间，为维持生计勤工俭学，做晚间家庭教师。他认真学习了数学和物理课程，并自学物理学专著。1959年，日本东京大学授予江崎理学博士学位。1960年，江崎迁居美国，任国际商用机器公司（IBM）研究所研究员。
1947年，江崎获硕士学位，有机会进入神户工业股份有限公司研究真空管热电子发射现象。他由此接触到固体表面的物理化学性质和真空管材料技术。由于这项研究与强外电场作用下的冷金属表面电子发射现象有关，他对固体中的隧道效应产生了兴趣。1950年，他转入对半导体材料和晶体管的研究，这时晶体管刚刚发明。1956年，江崎辞去神户公司的工作转入索尼公司。
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在索尼公司领导了一个小组对半导体二极管内电场发射机理进行研究。这项研究主要考查窄宽度p-n结的导电机制。p-n结中内电场分布取决于杂质的分布。当时许多研究者都把提取含杂质少的高纯度半导体材料当作目标，而江崎选择了相反的路线，他尝试制备高掺杂的锗p-n结器件。1957年初，江崎首先获得了掺有高浓度杂质的锗精制单晶体做成的薄p-n结。他发现这种薄p-n结的正向电阻特性没有变化，但反向电阻却呈直线下降趋势。随后，江崎增大了掺杂浓度，使结宽进一步变窄。当浓度达到1018/cm3以上时，p-n结的施主和受主浓度都高到使结两侧呈简并态，费米能量完全占据了整个导带或价带内部。江崎发现，在这种隧穿路程极短的情况下，所有温度条件下都可以观察到负阻现象。负阻现象所对应的电压远低于人们熟知的击穿电压。江崎用量子力学理论令人信服地证明了这正是人们长期以来所寻找的隧道效应，这项研究确立了隧道效应在半导体材料中的存在。接着，江崎利用这种半导体p-n结中的隧道效应研制出一种新型半导体器件——隧道二极管。这种二极管具有独特而优异的反向负阻特性，可在开关电路、振荡电路、微波电路以及各种高速电路中获得广泛应用，成为现代电子技术中最重要的器件之一。正是这项贡献使江崎于1973年获得诺贝尔物理学奖。
1958年，江崎进一步研究了硅、锑化铟、砷化镓、砷化铟、碲化铅、碳化硅等金属氧化物半导体材料的p-n结，证实它们也有类似的负阻特性，用这些材料制成了多种隧道二极管。20
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世纪70年代，江崎在研究砷化镓等材料的周期性超晶格结构时，指出这些材料的负阻效应的工作频率上限远高于当时已知的任何半导体器件，为后来微波、毫米波、亚毫米波电子学发展提供了制作器件的切实依据。
江崎研究硅隧道二极管时，精确分析了隧穿电流，揭示了材料的电子状态，说明了隧穿电子与势垒中的声子、光子、等离子体量子甚至分子类振动模式之间的相互作用。这些对隧穿物理机制的研究，开创了一门新兴学科——隧穿波谱学。
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