Нелінійна динаміка квантових вихорів у довгих Джозефсонових переходах

Abstract

Проаналізовано ефективність двох метод контролю нелінійної динаміки квантових топологічних структур (вихорів) у довгому Джозефсоновому контакті: (а) за допомогою крайової струмової інжекції та (б) за наявности стопки з двох довгих Джозефсонових переходів. В першому випадку розроблено та реалізовано нову, більш стійку й добре відтворювану методику одержання відповідних гетероструктур із додатковою плівкою надпровідного стопу молібдену з ренієм і більш якісним діелектричним прошарком з оксиду олова. Експериментально показано, що при зростанні струмової інжекції на вольт-амперній характеристиці з’являється ділянка від’ємного диференційного опору. В другому випадку теоретично продемонстровано появу на вольт-амперній кривій ділянки «зворотнього вигину» та перехід у резистивний стан з напругою, близькою до щілинної, через виникнення в сусідньому переході пари флюксон–антифлюксон.

Проанализирована эффективность двух методов управления нелинейной динамикой квантовых топологических структур (вихрей) в длинном джозефсоновском контакте: (а) с помощью краевой токовой инжекции и (б) при наличии стопки из двух длинных джозефсоновских переходов. В первом случае разработана и реализована новая, более стойкая и хорошо воспроизводимая методика получения соответствующих гетероструктур с дополнительной плёнкой сверхпроводящего сплава молибдена с рением и более качественной диэлектрической прослойкой из оксида олова. Экспериментально показано, что с ростом токовой инжекции на вольт-амперной характеристике появляется участок отрицательного дифференциального сопротивления. Во втором случае теоретически продемонстрировано появление на вольт-амперной кривой участка «обратного изгиба» и перехода в резистивное состояние с напряжением, близким к щелевому, из-за возникновения в соседнем переходе пары флюксон–антифлюксон.

The effectiveness of two methods for controlling the nonlinear dynamics of quantum topological vortex structures in a long Josephson junction is analysed: (a) by means of edge current injection and (b) with a stack of two long Josephson junctions. In the first case, a new, more stable and well reproducible technique for obtaining corresponding heterostructures with an additional layer of a superconducting molybdenum–rhenium alloy and a higher-quality dielectric tin-oxide layer is developed and implemented. As experimentally shown, a negative-differential-resistance region on the current– voltage characteristic arises with increasing the current injection. In the second case, the appearance of a ‘back bend’ region on a current–voltage characteristic and the transition to a resistive state with a voltage close to the gap one due to the emergence of a flux–antifluxon pair in the adjacent junction is demonstrated theoretically.