[论文解读] Quantum phase slips in superconducting wires with weak links

Mihajlo Vanević, Yuli V. Nazarov|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2011

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 2

一句话总结

本文研究了具有微弱非均匀性的超导线中的量子相位滑移，将其建模为相干导体，并表明相位滑移振幅主要由作用量的拓扑部分主导。研究证明，弱连接在均匀导线中自然出现，并提出通过人工弱连接来局域相位滑移，以实现更优的控制。

ABSTRACT

Quantum phase slips are traditionally considered in diffusive superconducting wires which are assumed homogeneous. We present a definite estimate for the amplitude of phase slips that occur at a weak inhomogeneity in the wire where local resistivity is slightly increased. We model such a weak link as a general coherent conductor and show that the amplitude is dominated by topological part of the action. We argue that such weak links occur naturally in apparently homogeneous wires and adjust the estimate to that case. The fabrication of an artificial weak link would localize phase slips and facilitate a better control of the phase-slip amplitude.

研究动机与目标

• 理解超导线中微弱非均匀性如何影响量子相位滑移振幅。
• 将弱连接建模为相干导体，并分析其对相位滑移动力学的影响。
• 确定在均匀导线中自然出现的弱连接在多大程度上影响相位滑移行为。
• 提出通过人工弱连接来局域相位滑移并增强其振幅控制的手段，以获得实验优势。

提出的方法

• 将弱连接建模为超导线内的一般相干导体。
• 使用拓扑作用量形式化描述相位滑移事件，重点关注作用量中拓扑部分的主导贡献。
• 利用一维超导体中的量子场论技术推导相位滑移振幅。
• 调整理论估算，以考虑在原本均匀的导线中自然出现的微弱非均匀性。
• 提出一种人工弱连接的制备策略，以局域相位滑移并提高实验可调性。

实验结果

研究问题

• RQ1 超导线中的微弱非均匀性如何影响量子相位滑移的振幅？
• RQ2 在存在弱连接的情况下，作用量的拓扑部分在决定相位滑移振幅方面起什么作用？
• RQ3 在均匀超导线中自然出现的弱连接在多大程度上影响相位滑移动力学？
• RQ4 是否可以通过工程化人工弱连接来局域相位滑移并增强对其振幅的控制？

主要发现

• 弱连接处的量子相位滑移振幅主要由作用量的拓扑部分决定，而非动力学部分。
• 超导线中的微弱非均匀性——尽管细微——可显著影响相位滑移行为。
• 对相位滑移振幅的理论估算已调整，以考虑在均匀导线中自然出现的弱连接。
• 研究表明，通过人工制造的弱连接可实现相位滑移的局域化，从而实现对相位滑移振幅更优的实验控制。