[论文解读] 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 5

一句话总结

本文表明，只要约瑟夫森结中存在约瑟夫森电流，无论在直流（DC）还是交流（AC）情况下，奇频配对都会自然地出现在传统约瑟夫森结中。通过理论模型，作者证明了层间奇频配对振幅与约瑟夫森相位差直接相关，并抑制自旋磁化率，揭示了标准超导系统中隐藏序机制的存在。

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.

研究动机与目标

• 研究传统约瑟夫森结中是否存在奇频配对，该系统是超导性教科书中的经典体系。
• 确定在无奇异材料或外部驱动的情况下，奇频配对是否仍会形成。
• 探索奇频配对与可测量物理量（如自旋磁化率）之间的关联。
• 确立当约瑟夫森电流流动时，奇频配对是约瑟夫森结的普遍特性。
• 提出通过相位调控，约瑟夫森结可作为研究奇频配对的可调平台。

提出的方法

• 构建了一个由弱连接耦合的两个超导电极组成的传统约瑟夫森结的理论模型。
• 使用贝雷津斯基条件对允许的配对对称性进行分类，识别出奇频配对为一种对称性允许的通道。
• 计算异常格林函数以获取层间配对振幅，包括层内和层间分量。
• 在隧穿强度上应用微扰理论，计算层间异常格林函数的一阶校正。
• 通过解析续延和傅里叶变换，推导出频率和时间相关的奇频配对振幅。
• 微扰计算层间自旋磁化率，并将其与奇频配对振幅关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无外部驱动或奇异材料的情况下，奇频配对是否会在传统约瑟夫森结中出现？
• RQ2 奇频配对振幅与约瑟夫森电流和相位差之间有何关系？
• RQ3 是否可通过标准结中的约瑟夫森相位实现奇频配对的实验调控？
• RQ4 奇频配对对层间自旋磁化率有何影响？
• RQ5 约瑟夫森电流流动与通过奇频配对引发隐藏序之间是否存在根本性联系？

主要发现

• 当约瑟夫森电流流动时，无论在直流（DC）还是交流（AC）情况下，传统约瑟夫森结中都会出现层间奇频配对振幅。
• 在静态（DC）极限下，仅奇频分量存在，且与约瑟夫森相位差直接相关。
• 在交流情况下，奇频振幅按 sin[(Ω_J t_av - Δφ_0)/2] 变化，而约瑟夫森电流按 sin(Ω_J t_av - Δφ_0) 变化，显示出 1/2 频率偏移。
• 在低温下，层间自旋磁化率为有限值，且当奇频配对振幅最大时被直接抑制。
• 奇频配对振幅通过从马苏巴里频率到实频率的解析续延，证实了其物理相关性。
• 该系统可通过控制约瑟夫森相位作为奇频配对的可调平台，为探测超导体中的隐藏序提供了新途径。