[論文レビュー] Odd-frequency Pairing in Conventional Josephson Junctions

Alexander V. Balatsky, Sergey S. Pershoguba+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2018

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、直流および交流の両方の状態において、ジョセフソン接合のジョセフソン電流が流れている限り、従来のジョセフソン接合において奇関数的対称性の対称性が自然に出現することを示している。理論的モデルを用いて、著者らは、相互リード間の奇関数的対称性の対称性がジョセフソン位相差に直接関連しており、スピン感受性を抑制することを明らかにした。これは、標準的な超伝導系における隠れた秩序のメカニズムを示している。

ABSTRACT

Using a simple theoretical model, we demonstrate the emergence of odd-frequency pair amplitudes in conventional Josephson junctions both in the absence of a voltage (DC effect) and in the presence of a finite voltage (AC effect). In both cases, we find that odd-frequency interlead pairing emerges whenever a Josephson current is expected to flow. Additionally, we show that the interlead spin-susceptibility is directly influenced by the presence of the odd-frequency pair amplitudes. Specifically, we find that the spin-susceptibility is suppressed when the odd-frequency component is the largest. By establishing a novel link between the physics of Josephson junctions and odd-frequency pairing, this work demonstrates the importance of odd-frequency pairing for understanding conventional superconducting systems.

研究の動機と目的

• 超伝導において教科書的な系である従来のジョセフソン接合における奇関数的対称性の対称性の存在を調査すること。
• 特異な材料や外部駆動が存在しない状況でも、奇関数的対称性の対称性が出現するかどうかを特定すること。
• 奇関数的対称性の対称性とスピン感受性などの測定可能な物理量との関係を調査すること。
• ジョセフソン電流が流れている際、奇関数的対称性の対称性がジョセフソン接合の普遍的特徴であることを確立すること。
• ジョセフソン位相差の制御により、奇関数的対称性の対称性を調整可能なプラットフォームとしてジョセフソン接合を提案すること。

提案手法

• 弱い結合を介して接続された二つの超伝導リードを持つ従来のジョセフソン接合の理論的モデルを構築した。
• ペア対称性の許容状態を分類するためにベレジンスキー条件を用い、奇関数的対称性の対称性が許容されるチャンネルとして特定した。
• 異常グリーン関数を計算して、内部および相互リード成分を含む相互リード間のペア振幅にアクセスした。
• トンネル強度における摂動論を適用して、相互リード間の異常グリーン関数に対する一次近似補正を計算した。
• 解析的継続およびフーリエ変換を用いて、周波数および時間依存の奇関数的対称性のペア振幅を導出した。
• スピン感受性を摂動論的に計算し、奇関数的対称性のペア振幅と関連づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部駆動や特異な材料が存在しない従来のジョセフソン接合において、奇関数的対称性の対称性が出現するか？
• RQ2 奇関数的対称性のペア振幅は、ジョセフソン電流および位相差とどのように関係しているか？
• RQ3 標準的な接合において、ジョセフソン位相差の制御により奇関数的対称性の対称性を実験的に調整可能か？
• RQ4 奇関数的対称性の対称性が相互リード間のスピン感受性に与える影響は何か？
• RQ5 ジョセフソン電流の流れと、奇関数的対称性の対称性による隠れた秩序の出現との間に、根本的な関連性があるか？

主な発見

• ジョセフソン電流が流れている限り、直流および交流の両状態において、従来のジョセフソン接合において相互リード間の奇関数的対称性のペア振幅が出現する。
• 静的（直流）極限では、奇関数的対称性の成分のみが残り、ジョセフソン位相差に直接関連している。
• 交流状態では、奇関数的対称性の振幅は sin[(Ω_J t_av - Δφ_0)/2] に比例するが、ジョセフソン電流は sin(Ω_J t_av - Δφ_0) に比例しており、1/2の周波数シフトが見られる。
• 低温において、相互リード間のスピン感受性は有限であり、奇関数的対称性のペア振幅が最大となる際に直接的に抑制される。
• 奇関数的対称性のペア振幅は、マツバラ周波数から実周波数へと解析的継続され、物理的意味を持つことが確認された。
• ジョセフソン位相差の制御により、奇関数的対称性の対称性を調整可能なプラットフォームを提供し、超伝導体における隠れた秩序を調査する新たな道筋を提供する。