Соединение Phi Josephson - Phi Josephson junction

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) Эта статья требует внимания эксперта по предмету. Конкретная проблема: Требуется писатель-математик, который может обмануть тех, кто не математик ... При размещении этого тега учитывайте связывая этот запрос с ВикиПроект. (Январь 2014) Эта статья может быть слишком техническим для большинства читателей, чтобы понять. Пожалуйста помогите улучшить это к сделать понятным для неспециалистов, не снимая технических деталей. (Январь 2014) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

А φ джозефсоновский переход (произносится фи Джозефсоновский переход) является частным типом Джозефсоновский переход, имеющий ненулевое Фаза Джозефсона φ в основном состоянии. А π джозефсоновский переход, имеющая минимальную энергию, соответствующую фазе π, является ее конкретным примером.

Вступление

Джозефсоновская энергия ${ displaystyle U}$ зависит от сверхпроводящей разности фаз (фаза Джозефсона) ${ displaystyle phi}$ периодически, с периодом ${ displaystyle 2 pi}$. Поэтому остановимся только на одном периоде, например ${ Displaystyle - пи < фи leq + пи}$. В обычном джозефсоновском переходе зависимость ${ Displaystyle U ( phi)}$ имеет минимум на ${ displaystyle phi = 0}$. Функция

${ Displaystyle U ( phi) = { гидроразрыва { Phi _ {0} I_ {c}} {2 pi}} [1- cos ( phi)]}$,

куда я_c - критический ток перехода, а ${ displaystyle Phi _ {0}}$ это квант потока, является хорошим примером традиционного ${ Displaystyle U ( phi)}$.

Вместо этого, когда энергия Джозефсона ${ Displaystyle U ( phi)}$ имеет минимум (или более одного минимума за период) в ${ displaystyle phi neq 0}$эти минимумы (минимумы) соответствуют наинизшим энергетическим состояниям (основным состояниям) перехода и говорят о "φ Джозефсоновский переход ". Рассмотрим два примера.

Сначала рассмотрим контакт с джозефсоновской энергией ${ Displaystyle U ( phi)}$ имея два минимума на ${ displaystyle phi = pm varphi}$ в каждом периоде, где ${ displaystyle varphi}$ (такой, что ${ displaystyle 0 < varphi < pi}$) - некоторое число. Например, это случай

${ Displaystyle U ( phi) = { frac { Phi _ {0}} {2 pi}} left {I_ {c1} [1- cos ( phi)] + { frac {1 } {2}} I_ {c2} [1- cos (2 phi)] right }}$,

что соответствует соотношение тока и фазы

${ Displaystyle I_ {s} ( phi) = I_ {c1} sin ( phi) + I_ {c2} sin (2 phi)}$.

Если я_c1>0 и я_c2<-1/2<0, минимумы Энергия Джозефсона происходят в ${ displaystyle phi = pm varphi}$, куда ${ displaystyle varphi = arccos left (-2I_ {c1} / I_ {c2} right)}$. Отметим, что основное состояние такого Джозефсоновский переход дважды вырожден, потому что ${ Displaystyle U (- varphi) = U (+ varphi)}$.

Другой пример - переход с джозефсоновской энергией, аналогичной обычной, но смещенной вдоль ${ displaystyle phi}$ось, например ${ Displaystyle U ( phi) = { frac { Phi _ {0} I_ {c}} {2 pi}} [1- cos ( phi - varphi _ {0})]}$,

и соответствующее соотношение фаза-ток

${ Displaystyle I_ {s} ( phi) = I_ {c} sin ( phi - varphi _ {0})}$.

В этом случае основным состоянием является ${ displaystyle phi = varphi _ {0}}$ и это не дегенерация.

Приведенные выше два примера показывают, что профиль энергии Джозефсона по φ Джозефсоновский переход могут быть довольно разными, что приводит к различным физическим свойствам. Часто, чтобы различить, какой именно тип соотношения ток-фаза имеется в виду, исследователи используют разные названия. На данный момент нет общепринятой терминологии. Однако некоторые исследователи используют терминологию после А. Буздина:^[1] в Джозефсоновский переход с двойным вырожденным основным состоянием ${ displaystyle phi = pm varphi}$, как и в первом примере выше, действительно называются φ Джозефсоновский переход, а переход с невырожденным основным состоянием, как и во втором примере выше, называются ${ displaystyle varphi _ {0}}$ Джозефсоновские переходы.

Реализация φ-переходов

Первые признаки поведения φ-перехода (вырожденные основные состояния^[2] или нетрадиционная температурная зависимость его критического тока^[3]) были зарегистрированы в начале 21 века. Эти переходы были сделаны из d-волновых сверхпроводников.

О первой экспериментальной реализации управляемого φ-перехода сообщила в сентябре 2012 года группа Эдварда Голдобина из Тюбингенского университета.^[4] Он основан на комбинации сегментов 0 и π в одном гибридном устройстве сверхпроводящий изолятор-ферромагнетик-сверхпроводник и наглядно демонстрирует два критических тока, соответствующих двум состояниям перехода. ${ displaystyle phi = pm varphi}$. Предложение построить φ-джозефсоновский переход из (бесконечно) множества 0- и π-отрезков появилось в работах Р. Минца с соавторами:^[5][6] хотя в то время еще не существовало термоперехода. Впервые слово φ джозефсоновский переход появилось в работах Буздина и Кошелева,^[1] чья идея была похожа. Следуя этой идее, в дальнейшем было предложено использовать комбинацию только двух сегментов 0 и π.^[7]

В 2016 г. ${ displaystyle varphi _ {0}}$ переход на основе квантовой точки нанопроволоки был сообщен группой исследователей. Лео Кувенховен в Делфтский технологический университет. В InSb нанопроволока имеет прочный спин-орбитальная связь, и было приложено магнитное поле, приводящее к Эффект Зеемана. Эта комбинация нарушает симметрию инверсии и обращения времени, создавая конечный ток при нулевой разности фаз.^[8]

Другая теоретически предлагаемая реализация включает геометрические φ-переходы. Существует теоретическое предсказание, что можно построить так называемый геометрический φ-переход на основе наноструктурированного d-волнового сверхпроводника.^[9] По состоянию на 2013 год экспериментально это не было продемонстрировано.

Свойства φ-переходов

• Два критических тока, связанных с уходом (депиннингом) фазы из двух разных ям потенциала Джозефсона. Самый низкий критический ток можно увидеть экспериментально только при низком затухании (низкой температуре). Измерения критического тока можно использовать для определения (неизвестного) состояния (+ φ или -φ) φ-перехода.
• В случае φ-перехода, построенного из сегментов 0 и π, магнитное поле может быть использовано для изменения асимметрии джозефсоновского энергетического профиля вплоть до исчезновения одного из минимумов. Это позволяет подготовить желаемое состояние (+ φ или -φ). Кроме того, асимметричный периодический потенциал энергии Джозефсона можно использовать для создания трещоточных устройств.
• Длинные переходы φ позволяют использовать специальные типы солитонных решений - расколотые вихри^[10] двух типов: один несет магнитный поток Φ₁<Φ₀, а другой несет поток Φ₂= Φ₀−Φ₁. Здесь Φ₀ это квант магнитного потока. Эти вихри являются солитонами двойной синус-Гордон уравнение.^[11] Они наблюдались в переходах границ зерен d-волны.^[6]

Приложения

• Похожий на Узел Пи Джозефсона φ-переходы могут использоваться как фазовая батарея.
• Два стабильных состояния + φ и -φ могут использоваться для хранения цифровой информации. Чтобы записать желаемое состояние, можно приложить магнитное поле, так что один из минимумов энергии исчезнет, ​​так что у фазы нет выбора, чтобы перейти к оставшемуся. Чтобы считывать неизвестное состояние φ-переходов, можно применить ток смещения со значением между двумя критическими токами. Если φ-переход переключается в состояние напряжения, его состояние было −φ, в противном случае - + φ. Использование φ-переходов в качестве ячейки памяти (1 бит) уже было продемонстрировано.^[12]
• В квантовой области φ-переход может использоваться как двухуровневая система (кубит).

Смотрите также

• Эффект джозефсона
• Энергия Джозефсона
• π джозефсоновский переход
• Полуфлюксон
• Дробные вихри

Рекомендации