ジョセフソン接合列の微視的結合効果による量子トンネル確率の増大

约瑟夫森结阵列的微观耦合效应增加了量子隧道概率

基本信息

批准号：
16J11491
负责人：
野村義樹
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J11491/
关键词：
固有ジョセフソン接合巨視的量子トンネル効果 Bi系高温超伝導体

项目摘要

Bi系高温超伝導体中の固有ジョセフソン接合列では、超伝導層がおよそ0.3 nmと薄いため、隣接する接合が相互作用し、巨視的量子トンネル効果(MQT)と呼ばれる量子現象も相互作用の影響を受けることが指摘されている。第二スイッチと呼ばれるスイッチではMQTのような温度に依存しない揺らぎが増大し、温度依存する熱揺らぎと温度依存しない揺らぎが等しくなる温度をクロスオーバー温度とすると、クロスオーバー温度がすることが報告されている。本研究ではクロスオーバー温度が増加する原因を調べるため、揺らぎと臨界電流密度依存性について調査した。本研究ではBi2212と呼ばれる物質を用いて、4素子作製しMQTの測定を行った。すべての素子で温度に依存しない揺らぎが増大し、クロスオーバー温度が上昇した。またクロスオーバー温度と臨界電流密度の関係は、素子の臨界電流密度が上昇するほど、クロスオーバー温度が低下するという負の相関が得られた。単一のジョセフソン接合における理論では、臨界電流密度が増大するほど、MQTによる脱出確率が増加し、クロスオーバー温度も上昇するため、本研究で得られた負の相関は単一接合のモデルから導かれる傾向と明らかに異なっている。このような負の相関は電荷結合によって説明できることを示した。電荷結合の強さを表す結合定数は電荷遮蔽長の２乗に比例する。電荷遮蔽長は臨界電流密度が増加しキャリア濃度が増加するほど低下するため、臨界電流密度が増加するほど電荷結合が弱くなる。結合が弱まると、積層した固有ジョセフソン接合はそれぞれ独立した固有ジョセフソン接合としてふるまい、クロスオーバー温度が低下する。本研究は固有ジョセフソン接合では電荷結合の影響を初めて観測したものである。

在Bi基高温超导体的本征约瑟夫森结阵列中，超导层薄至约0.3 nm，因此相邻的结会相互作用，并且由于相互作用还会发生称为宏观量子隧道（MQT）的量子现象。有人指出，它受到了影响。据报道，在称为第二开关的开关中，像MQT这样的与温度无关的波动增加，并且如果与温度相关的热波动和与温度无关的波动相等时的温度是交叉温度，则交叉温度是。在本研究中，我们研究了波动和临界电流密度依赖性，以调查交叉温度升高的原因。在这项研究中，我们使用一种名为 Bi2212 的物质制造了四个器件并测量了 MQT。所有器件中与温度无关的波动都会增加，交叉温度也会增加。此外，交叉温度与临界电流密度之间存在负相关关系，即元件的临界电流密度越高，交叉温度越低。单约瑟夫森结的理论是，随着临界电流密度的增加，MQT引起的逃逸概率增加，交叉温度也增加，因此本研究中获得的负相关性与单结模型不一致。与被引导的倾向明显不同。我们证明这种负相关性可以通过电荷耦合来解释。表示电荷耦合强度的耦合常数与电荷屏蔽长度的平方成正比。由于电荷屏蔽长度随着临界电流密度的增加和载流子浓度的增加而减小，因此电荷耦合随着临界电流密度的增加而变弱。随着耦合减弱，每个堆叠的本征约瑟夫森结表现为独立的本征约瑟夫森结，从而降低了交叉温度。这项研究首次观察了本征约瑟夫森结中电荷耦合的影响。