Эффект Джозефсона и неравновесная сверхпроводимость в сверхпроводниковых туннельных структурах

Abstract

Исследована неравновесная сверхпроводимость, которая вызвана токовой туннельной инжекцией квазичастиц. Обнаружено, что неустойчивость в форме отрицательного скачка напряжения на вольтамперной характеристике (ВАХ) генератора, которая приводит к неоднородному состоянию, и пространственная структура неоднородного состояния очень чувствительны к слабому магнитному полю. Вид ВАХ низкоомных туннельных переходов при напряжениях смещения V ≈ 2∆/e сильно зависит от размеров перехода и прозрачности барьера. Полученные результаты интерпретируются наличием в туннельном генераторе джозефсоновских вихрей (флуксонов). Проведенные исследования неравновесных явлений с учетом джозефсоновских свойств низкоомных туннельных структур позволили обнаружить ряд новых эффектов, таких как неравновесное подавление энергетической щели при напряжениях смещения V < 2 ∆/e, возможность существования целого ряда неустойчивостей неравновесного сверхпроводящего состояния при туннельной инжекции, а также неоднородность воздействия туннельного инжектора.

Досліджено нерівноважну надпровідність, що викликана струмовою тунельною інжекцією квазічастинок. Виявлено, що нестійкість у формі негативного стрибка напруги на вольт-амперній характеристиці (ВАХ) генератора, що приводить до неоднорідного стану, й просторова структура неоднорідного стану дуже чутливі до слабкого магнітного поля. Вид ВАХ низькоомних тунельних переходів при напругах зміщення V ≈ 2∆/e сильно залежить від розмірів переходу та прозорості тунельного бар'єру. Отримані результати інтерпретуються наявністю в тунельному генераторі джозефсонівських вихорів (флуксонів). Проведені дослідження нерівноважних явищ з врахуванням джозефсонівських властивостей низькоомних тунельних структур дозволили виявити ряд нових ефектів, таких як нерівноважне придушення енергетичної щілини при напругах зміщення V < 2∆/e, можливість існування цілого ряду нестійкостей нерівноважного надпровідного стану при тунельній інжекції, а також неоднорідність впливу тунельного інжектора.

Nonequilibrium superconductivity caused by tunnel current injection of quasiparticles was studied. It is found that the instability in the form of a negative voltage jump in the generator current-voltage characteristic (CVC), which leads to an inhomogeneous state, as well as the spatial structure of the inhomogeneous state are very sensitive to weak magnetic fields. The shape of low-resistance tunnel junction CVCs at voltage biases V ≈ 2∆/e strongly depends on junction dimension and barrier transparency. The results obtained are interpreted by the presence of Josephson vortices (fluxons) in the tunnel generator. The analysis of the nonequilibrium phenomena carried out with due account of Josephson properties of low-resistance tunnel structures has identified a number of novel effects such as nonequilibrium energy-gap suppression at voltage biases V < 2∆/e, possibility of existence of superconducting state instabilities caused by the tunnel injection, and inhomogeneity of the tunnel injector effect.