Неупругое электрон-фононное рассеяние и избыточный ток в сверхпроводящих микроконтактах с малой длиной когерентности

Abstract

Обсуждены нелинейные электрические явления в сверхпроводящих точечных S–c–S контактах, включая спектроскопию электрон-фононного взаимодействия (ЭФВ) в таких системах и восстановление функции ЭФВ из экспериментальных данных. Исследовано влияние магнитного поля на вольт-амперные характеристики (ВАХ) и их производные микроконтактов ErNi₂B₂C с d ≥ ξ (d — диаметр микроконтакта, ξ — длина когерентности). Обнаружено, что в нулевом магнитном поле и в полях вблизи подавления сверхпроводимости, когда можно пренебречь величиной сверхпроводящей энергетической щели, положение максимумов на dV/dI совпадает с максимумами ЭФВ спектров Янсона. В малых полях наблюдается сдвиг пиков в область меньших энергий, а в промежуточных — расщепление пиков. Установлено, что для микроконтактов, диаметр которых больше или порядка длины когерентности относительная величина отрицательной фононной добавки в избыточный ток значительно превышает таковую для баллистических контактов, что приводит к значительному подавлению высокочастотных пиков в спектрах в сверхпроводящем состоянии. При восстановлении функции ЭФВ из таких спектров необходимо производить коррекцию их интенсивности в области высоких энергий. Для «грязных» микроконтактов NbSe₂ и Nb с d ≥ ξ, у которых отсутствуют фононные особенности на второй производной ВАХ в нормальном состоянии, из сверхпроводящих спектров восстановлены функции ЭФВ.

Обговорено нелінійні електричні явища в надпровідних точкових S–c–S контактах, включаючи спектроскопію електрон-фононної взаємодії (ЕФВ) в таких системах і відновлення функції ЕФВ з експериментальних даних. Досліджено вплив магнітного поля на вольт-амперні характеристики (ВАХ) та їх похідні мікроконтактів ErNi₂B₂C з d ≥ ξ (d — діаметр мікроконтакта, ξ — довжина когерентності). Виявлено, що в нульовому магнітному полі та в полях поблизу пригнічування надпровідності, коли можна знехтувати величиною надпровідної енергетичної щілини, положення максимумів на dV/dI збігається з максимумами спектрів ЕФВ Янсона. У малих полях спостерігається переміщення піків в область менших енергій, а в проміжних — розщеплення піків. Встановлено, що для мікроконтактів, діаметр яких більше або порядку довжини когерентності, відносна величина негативної фононної добавки в надлишковий струм значно перевищує таку для балістичних контактів, що призводить до значного пригнічення високочастотних піків у спектрах в надпровідному стані. При відновленні функції ЕФВ з таких спектрів необхідно проводити корекцію їх інтенсивності в області високих енергій. Для «брудних» мікроконтактів NbSe₂ і Nb з d ≥ ξ, у яких відсутні фононні особливості на другій похідній ВАХ в нормальному стані, з надпро- відних спектрів відновлено функції ЕФВ.

Nonlinear electrical effects in superconducting point S–c–S contacts including the spectroscopy of electron–phonon interaction (EPI) in such systems and recovery of the EPI function from the experimental data are discussed. The influence of magnetic field on I–V curves and their derivatives for the ErNi₂B₂C pointcontacts (PC) with d ≥ ξ (where d is the diameter of PC, ξ is the coherence length) was studied. It is found that at zero magnetic field and in fields close to the critical ones, where the superconducting gap is negligibly small, the position of dV/dI maxima coincide with the position of peaks in the EPI Yanson spectra. A shift of those peaks towards lower energies in small fields and their splitting in intermediate fields were observed. For PCs with d larger or close to ξ the relative value of the negative phonon contribution to the excess current is far larger than for ballistic contacts. It results in a considerable suppression of high-energy peaks in the superconducting state, and a relevant correction is necessary to restore accurately the EPI function. For “dirty” NbSe₂ and Nb PCs with d ≥ ξ, that demonstrated no EPI spectra in the second derivative of I–V curves in the normal state these spectra were successfully reconstructed from the data taken in the superconducting state.