Phi Jozefson kavşağı - Phi Josephson junction

A φ Jozefson tutashgan joy (talaffuz qilinadi) phi Jozefson tutashgan joy) ning ma'lum bir turi Jozefson tutashgan joy, nolga teng bo'lmagan Jozefson fazasi φ uning bo'ylab asosiy holatida. A π Jozefson tutashgan joy, ph fazasiga mos keladigan minimal energiyaga ega bo'lganligi, bunga o'ziga xos misoldir.

Kirish

Jozefson energiyasi ${ displaystyle U}$ Supero'tkazuvchilar fazalar farqiga bog'liq (Jozefson fazasi) ${ displaystyle phi}$ davriy ravishda, davr bilan ${ displaystyle 2 pi}$ . Shuning uchun, faqat bir davrga e'tibor qaratsak, masalan. ${ displaystyle - pi < phi leq + pi}$ . Oddiy Jozefson kavşağında qaramlik ${ displaystyle U ( phi)}$ minimal darajaga ega ${ displaystyle phi = 0}$ . Funktsiya

{ displaystyle U ( phi) = { frac { Phi _ {0} I_ {c}} {2 pi}} [1- cos ( phi)]}

,

qayerda $Men v$ birikmaning muhim oqimi va ${ displaystyle Phi _ {0}}$ bo'ladi oqim kvanti, an'anaviyning yaxshi namunasidir ${ displaystyle U ( phi)}$ .

Buning o'rniga, qachon Jozefson energiya ${ displaystyle U ( phi)}$ da minimal (yoki har bir davr uchun minimal miqdordan ko'proq) bor ${ displaystyle phi neq 0}$ , bu minimal (minima) birikmaning eng past energetik holatlariga (asosiy holatlariga) to'g'ri keladi va biri "φ" haqida gapiradi Jozefson tutashgan joy "Ikki misolni ko'rib chiqing.

Birinchidan, Jozefson energiyasi bilan tutashishni ko'rib chiqing ${ displaystyle U ( phi)}$ ikkita minimaga ega ${ displaystyle phi = pm varphi}$ har bir davr ichida, qaerda ${ displaystyle varphi}$ (shu kabi ${ displaystyle 0 < varphi < pi}$ ) ba'zi raqamlar. Masalan, bu shunday

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

ga to'g'ri keladi joriy faza munosabati

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

Agar $Men c1 >0$ va $Men c2 <-1/2<0$ , ning minimalari Jozefson energiyasi sodir bo'lish ${ displaystyle phi = pm varphi}$ , qayerda ${ displaystyle varphi = arccos chap (-2I_ {c1} / I_ {c2} o'ng)}$ . E'tibor bering, bunday a Jozefson tutashgan joy ikki baravar buzilib ketgan, chunki ${ displaystyle U (- varphi) = U (+ varphi)}$ .

Yana bir misol - Jozefson energiyasi bilan odatdagiga o'xshash, lekin bir-biriga o'tib ketgan birikma ${ displaystyle phi}$ masalan, eksa ${ displaystyle U ( phi) = { frac { Phi _ {0} I_ {c}} {2 pi}} [1- cos ( phi - varphi _ {0})]}$ ,

va tegishli oqim-faza munosabati

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

Bu holda asosiy holat ${ displaystyle phi = varphi _ {0}}$ va bu degeneratsiya emas.

Yuqoridagi ikkita misol shundan dalolat beradiki, Joseph dagi Jozefsonning energiya profili Jozefson tutashgan joy juda xilma-xil bo'lishi mumkin, natijada turli xil jismoniy xususiyatlar paydo bo'ladi. Ko'pincha, joriy-fazaviy munosabatlarning qaysi turini anglatishini farqlash uchun tadqiqotlar turli xil nomlardan foydalaniladi. Ayni paytda yaxshi qabul qilingan terminologiya mavjud emas. Biroq, ba'zi tadqiqotchilar A. Buzdindan keyin terminologiyadan foydalanadilar:^[1] The Jozefson tutashgan joy er-xotin degeneratsiya holati bilan ${ displaystyle phi = pm varphi}$ , yuqoridagi birinchi misolga o'xshash, chindan ham φ deb nomlanadi Jozefson tutashgan joy, yuqoridagi ikkinchi misolga o'xshash degeneratsiz asosiy holat bilan bog'lanish deyiladi ${ displaystyle varphi _ {0}}$ Jozefson tutashgan joylar.

Φ birikmalarini amalga oshirish

Φ birlashish xatti-harakatining birinchi ko'rsatkichlari (degeneratsiya holatlari)^[2] yoki uning tanqidiy oqimining noan'anaviy haroratga bog'liqligi^[3]) 21-asrning boshlarida xabar berilgan. Ushbu birikmalar d-to'lqinli supero'tkazgichlardan qilingan.

Boshqariladigan unction birikmaning birinchi eksperimental amalga oshirilishi to'g'risida Tubingen Universitetining Edvard Goldobin guruhi tomonidan 2012 yil sentyabr oyida xabar berilgan edi.^[4] U bitta supero'tkazgich-izolyator-ferromagnitik-supero'tkazgichli gibrid qurilmadagi 0 va p segmentlarning kombinatsiyasiga asoslangan va ikkita tutashuv holatiga mos keladigan ikkita tanqidiy oqimni aniq namoyish etadi ${ displaystyle phi = pm varphi}$ . 0 Jozefson birikmasini (cheksiz) ko'p 0 va π segmentlardan qurish taklifi R. Mints va hammualliflar tomonidan yaratilgan,^[5]^[6] garchi o'sha paytda term o'tish davri yo'q edi. Birinchi marta Jozefson birikmasi so'zi Buzdin va Koshelevning ishlarida paydo bo'ldi,^[1] kimning fikri o'xshash edi. Ushbu g'oyadan so'ng, faqat ikkita 0 va p segmentlarning kombinatsiyasidan foydalanish taklif qilindi.^[7]

2016 yilda, a ${ displaystyle varphi _ {0}}$ nanowire kvant nuqtasiga asoslangan birikma Leo Kouvenxoven da Delft Texnologiya Universiteti. The InSb nanowire kuchli spin-orbitaning ulanishi va magnit maydon qo'llanilgan Zeeman effekti. Ushbu kombinatsiya inversiyani ham, vaqtni qaytarishni ham simmetriyasini buzadi, nol faza farqida cheklangan oqim hosil qiladi.^[8]

Nazariy jihatdan taklif qilingan boshqa reallashtirishga geometrik birikmalar kiradi. Nano-tuzilgan d-to'lqinli supero'tkazgich asosida geometrik φ birikmani qurish mumkin degan nazariy bashorat mavjud.^[9] 2013 yildan boshlab bu eksperimental tarzda namoyish etilmagan.

Φ birikmalarining xususiyatlari

Jozefson potentsialining ikki xil qudug'idan fazaning qochishi (tushishi) bilan bog'liq ikkita muhim oqim. Eng past kritik tokni tajribada faqat past amortizatsiya (past harorat) da ko'rish mumkin. Kritik tokning o'lchovlari bilan φ birikmasining (noma'lum) holatini (+ φ yoki -φ) aniqlash uchun foydalanish mumkin.
0 va π segmentlardan tuzilgan φ o'tish joyida magnit maydon yordamida Jozefson energetika profilining assimetriyasini minimalardan biri yo'qoladigan darajagacha o'zgartirish mumkin. Bu kerakli holatni tayyorlashga imkon beradi (+ φ yoki -φ). Shuningdek, assimetrik davriy Jozefson energetik potentsiali ratshetka o'xshash qurilmalarni qurish uchun ishlatilishi mumkin.
Uzoq bog'lanishlar maxsus soliton eritmalarini --- ga imkon beradi tarqoq girdoblar^[10] ikki turdagi: bittasi magnit oqimni ko'taradi $Φ 1 <Φ 0$ , ikkinchisi esa oqimni olib yuradi $Φ 2 = Φ 0 -Φ 1$ . Bu yerda $Φ 0$ bo'ladi magnit oqimi kvanti. Ushbu girdoblar a ning solitonlari er-xotin sinus-Gordon tenglama.^[11] Ular d-to'lqinli don chegara birikmalarida kuzatilgan.^[6]

Ilovalar

O'xshash Pi Jozefson tutashgan joyi φ o'tish joylari fazali akkumulyator sifatida ishlatilishi mumkin.
Raqamli ma'lumotni saqlash uchun ikkita barqaror holat + φ va -φ ishlatilishi mumkin. Kerakli holatni yozish uchun magnit maydonni qo'llash mumkin, shunda energiya minimalaridan biri yo'qoladi, shuning uchun fazada qolgan holatga o'tish imkoniyati yo'q. Φ birikmalarining noma'lum holatini o'qish uchun ikkita tanqidiy oqim orasidagi qiymatga ega bo'lgan oqim kuchini qo'llash mumkin. Agar φ o'tish joylari kuchlanish holatiga o'tsa, uning holati −φ, aks holda u + was edi. Φ birikmalaridan xotira xujayrasi sifatida foydalanish (1 bit) allaqachon namoyish qilingan.^[12]
Kvant domenida φ birikmasi ikki darajali tizim (kubit) sifatida ishlatilishi mumkin.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ ^a ^b Buzdin, A .; Koshelev, A. (2003 yil iyun). "D-Jozefson birikmalarini amalga oshirish sifatida davriy o'zgaruvchan 0 va π-birikma tuzilmalari". Jismoniy sharh B. 67 (22): 220504. arXiv:kond-mat / 0305142. Bibcode:2003PhRvB..67v0504B. doi:10.1103 / PhysRevB.67.220504.
^ Il'ichev, E .; Graykar, M .; Xlubina, R .; IJsselsteijn, R. P. J.; Xenig, H. E.; Meyer, H.-G.; Golubov, A .; Amin, M. H. S .; Zagoskin, A. M.; Omelyanchouk, A. N .; Kupriyanov, M. Yu. (2001 yil 4-iyun). "Mezoskopik don chegarasi Jozefson tutashgan joyidagi degenerativ tuproq holati". Jismoniy tekshiruv xatlari. 86 (23): 5369–5372. arXiv:cond-mat / 0102404. Bibcode:2001PhRvL..86.5369I. doi:10.1103 / PhysRevLett.86.5369. PMID 11384500.
^ Testa, G.; Monako, A .; Esposito, E .; Sarnelli, E .; Kang, D.-J .; Mennema, S. H.; Tarte, E. J .; Blamire, M. G. (2004). "Raqamli dasturlar uchun Midgap shtatidagi π-birikmalar". Amaliy fizika xatlari. 85 (7): 1202. Bibcode:2004ApPhL..85.1202T. doi:10.1063/1.1781744.
^ Sicker, H.; Lipman, A .; Vaydz, M .; Mints, R. G.; Kolshtedt, X.; Koelle, D .; Klayner, R .; Goldobin, E. (2012 yil sentyabr). "Jozefson birikmasining eksperimental dalillari". Jismoniy tekshiruv xatlari. 109 (10): 107002. arXiv:1207.3013. Bibcode:2012PhRvL.109j7002S. doi:10.1103 / PhysRevLett.109.107002. PMID 23005318.
^ Mints, R. (1998 yil fevral). "O'zgaruvchan oqim zichligi bilan Jozefson tutashgan joylarida o'z-o'zidan hosil bo'ladigan oqim". Jismoniy sharh B. 57 (6): R3221-R3224. Bibcode:1998PhRvB..57.3221M. doi:10.1103 / PhysRevB.57.R3221.
^ ^a ^b Yalpiz, R .; Papiashvili, Ilya (2001 yil avgust). "YBa2Cu3O7-x don chegaralarida fraktsion oqim kvantalari bilan Jozefson girdoblari". Jismoniy sharh B. 64 (13): 134501. Bibcode:2001PhRvB..64m4501M. doi:10.1103 / PhysRevB.64.134501.
^ Goldobin, E .; Koelle, D .; Klayner, R .; Mints, R. G. (2011 yil noyabr). "Magnetic-Field Tunable Ground State bilan Jozefson Birlashmasi". Jismoniy tekshiruv xatlari. 107 (22): 227001. arXiv:1110.2326. Bibcode:2011PhRvL.107v7001G. doi:10.1103 / PhysRevLett.107.227001. PMID 22182037.
^ Szombati, D. B.; S. Nadj-Perge; D. Avtomobil; S. R. Plissard; E. P. A. M. Bakkerlar; L. P. Kouvenxoven (2016 yil 2-may). "Nozorli kvant nuqtalaridagi Jozefson -0-birikmasi". Tabiat fizikasi. 12 (6): 568–572. arXiv:1512.01234. Bibcode:2016NatPh..12..568S. doi:10.1038 / nphys3742.
^ Gumann, A .; Iniotakis, C .; Schopohl, N. (2007). "D-to'lqinli supero'tkazuvchi ingichka plyonkalarda Geometrik π Jozefson birikmasi". Amaliy fizika xatlari. 91 (19): 192502. arXiv:0708.3898. Bibcode:2007ApPhL..91s2502G. doi:10.1063/1.2801387.
^ Yalpiz, R .; Papiashvili, Ilya; Kirtli, J .; Xilgenkamp, X.; Xammerl, G.; Mannhart, J. (2002 yil iyul). "YBa2Cu3O ning don chegaralarida bo'linib ketgan Jozefson girdoblarini kuzatish_{7 "}". Jismoniy tekshiruv xatlari. 89 (6): 067004. Bibcode:2002PhRvL..89f7004M. doi:10.1103 / PhysRevLett.89.067004. PMID 12190605.
^ Goldobin, E .; Koelle, D .; Klayner, R .; Buzdin, A. (2007 yil dekabr). "Hozirgi faza munosabatlarida ikkinchi harmonikaga ega bo'lgan Jozefson birikmalari: φ birikmalarining xususiyatlari". Jismoniy sharh B. 76 (22): 224523. arXiv:0708.2624. Bibcode:2007PhRvB..76v4523G. doi:10.1103 / PhysRevB.76.224523.
^ Goldobin, E .; Sicker, H.; Vaydz, M .; Ruppelt, N .; Kolshtedt, X.; Klayner, R .; Koelle, D. (2013). "Φ Jozefson birikmasiga asoslangan xotira xujayrasi". Amaliy fizika xatlari. 102 (24): 242602. arXiv:1306.1683. Bibcode:2013ApPhL.102x2602G. doi:10.1063/1.4811752.

[Buzdin:2003:phi-LJJ-1] Buzdin, A .; Koshelev, A. (2003 yil iyun). "D-Jozefson birikmalarini amalga oshirish sifatida davriy o'zgaruvchan 0 va π-birikma tuzilmalari". Jismoniy sharh B. 67 (22): 220504. arXiv:kond-mat / 0305142. Bibcode:2003PhRvB..67v0504B. doi:10.1103 / PhysRevB.67.220504.

[Ilichev:2001-2] Il'ichev, E .; Graykar, M .; Xlubina, R .; IJsselsteijn, R. P. J.; Xenig, H. E.; Meyer, H.-G.; Golubov, A .; Amin, M. H. S .; Zagoskin, A. M.; Omelyanchouk, A. N .; Kupriyanov, M. Yu. (2001 yil 4-iyun). "Mezoskopik don chegarasi Jozefson tutashgan joyidagi degenerativ tuproq holati". Jismoniy tekshiruv xatlari. 86 (23): 5369–5372. arXiv:cond-mat / 0102404. Bibcode:2001PhRvL..86.5369I. doi:10.1103 / PhysRevLett.86.5369. PMID 11384500.

[Testa:2004-3] Testa, G.; Monako, A .; Esposito, E .; Sarnelli, E .; Kang, D.-J .; Mennema, S. H.; Tarte, E. J .; Blamire, M. G. (2004). "Raqamli dasturlar uchun Midgap shtatidagi π-birikmalar". Amaliy fizika xatlari. 85 (7): 1202. Bibcode:2004ApPhL..85.1202T. doi:10.1063/1.1781744.

[Sickinger:2012:varphiExp-4] Sicker, H.; Lipman, A .; Vaydz, M .; Mints, R. G.; Kolshtedt, X.; Koelle, D .; Klayner, R .; Goldobin, E. (2012 yil sentyabr). "Jozefson birikmasining eksperimental dalillari". Jismoniy tekshiruv xatlari. 109 (10): 107002. arXiv:1207.3013. Bibcode:2012PhRvL.109j7002S. doi:10.1103 / PhysRevLett.109.107002. PMID 23005318.

[Mints:1998:SelfGenFlux@AltJc-5] Mints, R. (1998 yil fevral). "O'zgaruvchan oqim zichligi bilan Jozefson tutashgan joylarida o'z-o'zidan hosil bo'ladigan oqim". Jismoniy sharh B. 57 (6): R3221-R3224. Bibcode:1998PhRvB..57.3221M. doi:10.1103 / PhysRevB.57.R3221.

[Mints:2001:FracVortices@GB-6] Yalpiz, R .; Papiashvili, Ilya (2001 yil avgust). "YBa2Cu3O7-x don chegaralarida fraktsion oqim kvantalari bilan Jozefson girdoblari". Jismoniy sharh B. 64 (13): 134501. Bibcode:2001PhRvB..64m4501M. doi:10.1103 / PhysRevB.64.134501.

[Goldobin:2011:H-TunableEffCPR-7] Goldobin, E .; Koelle, D .; Klayner, R .; Mints, R. G. (2011 yil noyabr). "Magnetic-Field Tunable Ground State bilan Jozefson Birlashmasi". Jismoniy tekshiruv xatlari. 107 (22): 227001. arXiv:1110.2326. Bibcode:2011PhRvL.107v7001G. doi:10.1103 / PhysRevLett.107.227001. PMID 22182037.

[8] Szombati, D. B.; S. Nadj-Perge; D. Avtomobil; S. R. Plissard; E. P. A. M. Bakkerlar; L. P. Kouvenxoven (2016 yil 2-may). "Nozorli kvant nuqtalaridagi Jozefson -0-birikmasi". Tabiat fizikasi. 12 (6): 568–572. arXiv:1512.01234. Bibcode:2016NatPh..12..568S. doi:10.1038 / nphys3742.

[Gumann:2007:Geometric-pi-JJ-9] Gumann, A .; Iniotakis, C .; Schopohl, N. (2007). "D-to'lqinli supero'tkazuvchi ingichka plyonkalarda Geometrik π Jozefson birikmasi". Amaliy fizika xatlari. 91 (19): 192502. arXiv:0708.3898. Bibcode:2007ApPhL..91s2502G. doi:10.1063/1.2801387.

[Mints:2002:SplinteredVortices@GB-10] Yalpiz, R .; Papiashvili, Ilya; Kirtli, J .; Xilgenkamp, X.; Xammerl, G.; Mannhart, J. (2002 yil iyul). "YBa2Cu3O ning don chegaralarida bo'linib ketgan Jozefson girdoblarini kuzatish_{7 "}". Jismoniy tekshiruv xatlari. 89 (6): 067004. Bibcode:2002PhRvL..89f7004M. doi:10.1103 / PhysRevLett.89.067004. PMID 12190605.

[Goldobin:2007:CPR2-11] Goldobin, E .; Koelle, D .; Klayner, R .; Buzdin, A. (2007 yil dekabr). "Hozirgi faza munosabatlarida ikkinchi harmonikaga ega bo'lgan Jozefson birikmalari: φ birikmalarining xususiyatlari". Jismoniy sharh B. 76 (22): 224523. arXiv:0708.2624. Bibcode:2007PhRvB..76v4523G. doi:10.1103 / PhysRevB.76.224523.

[Goldobin:2013:varphi-bit-12] Goldobin, E .; Sicker, H.; Vaydz, M .; Ruppelt, N .; Kolshtedt, X.; Klayner, R .; Koelle, D. (2013). "Φ Jozefson birikmasiga asoslangan xotira xujayrasi". Amaliy fizika xatlari. 102 (24): 242602. arXiv:1306.1683. Bibcode:2013ApPhL.102x2602G. doi:10.1063/1.4811752.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]