Logo PTB

Bloch-Induktivität in Josephson-Kontakten niedriger Kapazität

07.12.2006

Das Verhalten eines herkömmlichen Josephson-Kontakts kann bekanntlich mit einem nichtlinearen reaktiven Element beschrieben werden - der so genannten Josephson-InduktivitätLJ(φ), die periodisch (Periode 2π) von der Phasendifferenz φ abhängt. In dem kleinen Josephson-Kontakt, der die Tunnelung einzelner Cooper-Paare ermöglicht, ist die Phase allerdings bedeutungslos und der Kontakt lässt sich als eine Quanten-Bloch-Kapazität CB(q) mit periodischer (Periode 2e) Abhängigkeit von der Quasiladung q beschreiben. In der vorliegenden Arbeit [1] wird gezeigt, dass die elektrische Impedanz eines solchen Josephson-Kontakts im allgemeinen auch einen induktiven Term iωLB beinhaltet. Dieser Term charakterisiert die Trägheit einzelner die Barriere durchtunnelnder Cooper-Paare. Ähnlich der Bloch-Kapazität CB(q) hängt auch die Bloch-Induktivität LB periodisch von der Quasiladungq ab und ihr Höchstwert, der bei q = e(mod 2e) erreicht wird, übersteigt immer den Wert der Josephson-Induktivität des entsprechenden Josephson-Kontakts LJ bei unveränderlicher Phasendifferenz φ = 0. Der Effekt der Bloch-Induktivität liefert eine Erklärung insbesondere für die beobachtete Form der I-V-Kennlinien der langen Reihenschaltungen kleiner Josephson-Kontakte, die von D.B. Haviland et al. (KTH, Stockholm) gemessen wurden. Das Verständnis dieses Effekts dürfte die Entwicklung eines fundamentalen Stromstärkenormals auf der Basis einzelner Cooper-Paare weiter voranbringen.


Bild 1: (a) Schaltplan des Strom-gespeisten Josephson-Kontakts niedriger Kapazität und 
(b) entsprechende Schaltung dieses Kontakts für ein kleines Wechselstromsignal.
In Reihenschaltung hängen die Bloch-Kapazität CB und die Bloch-Induktivität LB beide vom momentanen Wert der Quasiladung q(t) = ∫t/(t´)dt´ ab, die von der Stromquelle vorgegeben wird.

Referenzen:
[1] Phys. Rev. Lett. 96, 167001 (2006)