Динамика резистивного состояния узкого сверхпроводящего канала в режиме заданного переменного напряжения.

Abstract

В рамках нестационарных уравнений Гинзбурга–Ландау исследована динамика параметра порядка в узких сверхпроводящих каналах различной длины в режиме заданного переменного напряжения. Резистивное состояние системы на малых частотах подаваемого напряжения характеризуется образованием периодических во времени групп из осциллирующих центров проскальзывания фазы (ЦПФ). Увеличение частоты сокращает время существования этих периодических групп. В зависимости от длины канала переменное напряжение либо стремится вернуть канал в состояние с одним центральным ЦПФ в периодических группах, либо минимизирует количество образовывающихся ЦПФ и упорядочивает их расположение в системе. Дальнейшее увеличение частоты для относительно коротких каналов приводит к подавлению параметра порядка без формирования ЦПФ. Для систем, чья длина превосходит установленный нами предел, образование ЦПФ происходит спустя определенное время, которое быстро увеличивается с ростом частоты. Рассчитаны вольт-амперные характеристики относительно короткого канала для различных частот прилагаемого переменного напряжения. Обнаружена ступенчатая структура этих зависимостей, при этом высота первой ступеньки определяется учетверенным значением джозефсоновской частоты.

У рамках нестаціонарних рівнянь Гінзбурга–Ландау досліджено динаміку параметра порядку в надпровідних вузьких каналах різної довжини в режимі заданої змінної напруги. Резистивний стан системи на малих частотах напруги, що подається, характеризується утворенням періодичних у часі груп з осцилюючих центрів проковзування фази (ЦПФ). Збільшення частоти скорочує час існування цих періодичних груп. Залежно від довжини каналу змінна напруга або прагне повернути канал у стан з одним центральним ЦПФ у періодичних групах, або мінімізує кількість ЦПФ, що утворюються, та впорядковує їх розміщення в системі. Подальше збільшення частоти для відносно коротких каналів призводить до заглушення параметра порядку без формування ЦПФ. Для систем, в яких довжина перевищує встановлену нами границю, відбувається утворення ЦПФ через певний час, який швидко збільшується із зростанням частоти. Розраховано вольт-амперні характеристики відносно короткого каналу для різних частот змінної напруги, що подається. Виявлено ступінчасту структуру цих залежностей, при цьому висота першої сходинки визначається значенням джозефсонівської частоти, яку збільшено вчетверо.

Within the time-dependent Ginzburg–Landau equations the dynamics of the order parameter in superconducting narrow channels of different lengths is investigated in the ac voltage-driven regime. The resistive state of the system at low frequencies of the applied voltage is characterized by the formation of periodic-in-time groups of oscillating phase-slip centers (PSC). An increase in frequency reduces the duration of the existence of these periodic groups. Depending on the length of the channel the ac voltage either tends to revert the channel to the state with one central PSC in periodic groups or minimizes the number of forming PSCs and orders their pattern in the system. A further increase in frequency for rather short channels leads to suppression of the order parameter without any creation of PSCs. For systems, whose length exceeds the specified limit, the formation of PSC occurs after a certain time which increases rapidly with frequency. The current-voltage characteristics of rather short channels at different applied voltage frequencies are calculated too. It is found that the current-voltage characteristics have a step-like structure, and the height of the first step is determined by the quadruple value of the Josephson frequency.