파이 조셉슨 분기점

이 글은 지나치게 기술적인 용어를 사용하거나 백과사전 기사처럼 쓰이지 않을 수 있는 연구 논문이나 과학 저널처럼 쓰여진다. 백과사전 스타일로 다시 써서 개선하는데 도움을 주길 바란다. (2020년 6월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법과 시기 알아보기)

조셉슨 접합은 장벽으로 분리된 두 개의 초전도 전극(박단열 터널 장벽, 일반 금속, 반도체, 페로마석 등)으로 만들어진 양자 기계 소자다. π 조셉슨 분기점은 조셉슨 위상치가 지면 상태에서 equals과 동일한 조셉슨 분기점(즉, 외부 전류나 자기장이 적용되지 않는 경우)이다.

배경

조셉슨 접속점(JJ)을 통한 초전류 I는_s 일반적으로 I_s = Isin_c(이신)에 의해 주어지는데, 여기서 φ은 두 전극의 초전도파 기능의 위상차, 즉 조셉슨 위상이다.^[1] 임계 전류 I는_c 조셉슨 접점을 통해 존재할 수 있는 최대 초전류다. 실험에서는 보통 조셉슨 접합부를 통해 전류를 발생시키고 접합부는 조셉슨 단계를 변경하여 반응한다. 위의 공식에서 위상 φ = arcsin(I/I_c), 여기서 나는 적용(초) 전류임을 분명히 알 수 있다.

상이 2π 주기이므로, 즉 φ과 φ + 2πn은 물리적으로 동등하므로, 일반성을 잃지 않고, 이하 논의는 0 0 φ < 2π를 말한다.

연결부가 분리되었을 때 등 조셉슨 접속부를 통해 전류(I = 0)가 존재하지 않을 때, 접속부는 접지 상태에 있고 그 교차점을 가로지르는 조셉슨 위상은 0(전류 = 0)이다. 위상도 φ = π일 수 있으며, 접점을 통해 전류가 흐르지 않게 된다. φ = π이 있는 상태가 불안정하여 요셉슨 에너지 최대치에 해당하는 반면, 상태 φ = 0은 조셉슨 에너지 최소치에 해당하며 지상 상태인 것으로 나타났다.

어떤 경우에는 임계 전류가 음전류(I_c < 0)인 요셉슨 접점을 얻을 수도 있다. 이 경우 최초의 요셉슨 관계가 된다.

${\displaystyle I_{s}=- I_{c} \sin(\varphi )= I_{c} \sin(\varphi +\pi )}$

그러한 조셉슨 접합부의 접지 상태는 $\varphi {\displaystyle }$= ${\displaystyle \pi }$ = π ${\displaystyle \phi =\pi }$이며, 조셉슨 에너지 최소치에 해당하는 반면, 재래식 상태 = = 0은 불안정하여 조셉슨 에너지 최대치에 해당한다. state$$ =${\displaystyle \pi }$ = π ${\displaystyle \phi =\pi }$이(가) 지상 상태에서 이와 같이 조셉슨 분기점을 π 조셉슨 분기점이라고 한다.

π 조셉슨 접합부는 상당히 특이한 성질을 가지고 있다. 예를 들어 초전도 전극을 인덕턴스 L(예: 초전도 와이어)과 연결하면 (단축) 연결부를 통과하여 시계방향 또는 반시계방향으로 인덕턴스를 통과하는 자발적 초전류가 루프에서 순환할 것으로 예상할 수 있다. 이 초전류는 자발적이며 시스템의 지상 상태에 속한다. 그 순환의 방향은 무작위로 선택된다. 이 초전류는 물론 자기장을 유도하여 실험적으로 검출할 수 있다. 루프를 통과하는 자속은 인덕턴스 L의 값에 따라 0~2의 자속 퀀텀 값, 즉 0~2의₀ 자속 퀀텀 값을 갖는다.

기술 및 물리적 원리

• 강자성 조셉슨 접합. 강자성 Josephson 장벽이 있는 Josephson 접점을 생각해 보십시오. 즉, 다중 레이어 초전도체-페로마석-초전도체(SFS) 또는 초전도체-초전도체-초전도체(SIFS)가 그것이다. 그러한 구조에서 F-계층 내부의 초전도 순서 매개변수는 접속면에 수직인 방향으로 진동한다. 그 결과 F층 및 온도의 특정 두께의 경우 한 초전도 전극에서는 순서 매개변수가 +1이 되고 다른 초전도 전극에서는 -1이 될 수 있다. 이 상황에서 π 조셉슨 접합부를 얻는다. F-레이어 내부에서 서로 다른 해결책의 경쟁이 일어나며 에너지가 낮은 쪽이 승리한다는 점에 유의한다. 다양한 강자성 ${\displaystyle \pi$}접합물$$: 약한 강자성 상호레이저를 가진 SFS접합물,^[2] Co, Ni,^[3] PdFe, NiFe^[5] SIFS접합물 등 강한 강자성 상호접합물,^[3][6][7][8] S-Fi-S접합물 등이 제작되었다.^[9]

• Josephson은 파격적인 순서 매개변수 대칭과 결합한다. 새로운 초전도체, 특히 고온의 컵 레이트 초전도체는 비등방성 초전도 순서 파라미터를 갖고 있어 방향에 따라 기호를 바꿀 수 있다. 특히 이른바 d파 순서 매개변수는 결정축 a를 따라 보면 +1이고 결정축 b를 따라 보면 -1이다. AB 방향을 따라 보면(a와 b 사이 45°) 순서 매개변수가 사라진다. 방향성이 다른 d파 초전도 필름이나 d파 및 기존 등방성 s파 초전도체 사이에 조셉슨을 접합시킴으로써 ${\displaystyle \pi }$의 위상변환을 얻을 수 있다$.$요즘 이러한 유형의 π 조셉슨 접합은 다음과 같은 여러 가지 실현이 있다.
  • 삼결정 곡물 경계 ^[10]조셉슨 접합부
  • 4차 결정 곡물 경계 조셉슨 ^[11][12]접합부
  • d파/s파 램프 지그재그 JJS Josephson 접전,^{[13][14][15][16]}
  • 틸트 트위스트 곡물 경계 ^[17]조셉슨 접합부
  • p파 기반 조셉슨 교전
• 초전도체-정상금속-초전도체(SNS)^[18] 조셉슨 접합부와 N-계층 내 비균형 전자 분포.
• 초전도체 – 양자 도트 초전도체(S-QuDot-S) 조셉슨 결합(탄소 나노튜브 조셉슨 결합으로 구현)^[19]

역사적 발전

이론적으로, 처음으로 $\pi {\displaystyle }${\$displaystyle$ \$pi }$조셉슨$$ 접합부를 만들 수 있는 가능성에 대해 Bulaevski 외 에 의해 논의되었는데, 그는 장벽에 파라마그네틱 산란이 있는 조셉슨 접합부를 고려했다. 거의 10년 후, 헤비 페르미온 p파 초전도체의 맥락에서 $\pi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$조셉슨$$ 접합부의 가능성이 논의되었다. ^[21] 실험적으로 최초의 $\pi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$조셉슨$$ 접합부는 이트리움 바륨 구리산화물(d파)과 Pb(s파) 초전도체로 만들어진 코너 접합부였다.^[13] $강자성{\displaystyle }$ 장벽이 있는 joseph$$ ${\displaystyle \pi}$요셉슨 접합부의 첫 번째 모호하지 않은 증거는 불과 10년 후에 제시되었다.^[2] 그 작업은 구리-니켈 합금(CuNi_x1−x, x 0.5 정도)으로 구성된 약한 페롬자석을 사용했고 이를 최적화해 퀴리 온도가 초전도 니오비움 리드의 초전도 전환 온도에 근접하도록 했다.

참고 항목

• 조셉슨 효과
• φ 조셉슨 분기점
• 세미럭슨
• 분수령
• 브라이언 D. 조셉슨

참조