Logo PTB

Cooper-Paar-Soliton-Transport und Bloch-Oszillationen in einer Reihenschaltung aus kleinen supraleitenden Al/AlOx/Al-Tunnelkontakten

07.12.2006

Untersucht werden die elektrischen Transporteigenschaften eines langen Josephson-Junction-Arrays mit kleinen Al/AlOx/Al-Tunnelkontakten (Bild 1), das mit hochohmigen Chrom(Cr)-Vorwiderständen gebiast ist. Die bei tiefen Temperaturen gemessenen Strom-Spannungskennlinien (Bild 2) zeigen einen Bereich im negativen differentiellen Widerstand, der auf die Anwesenheit und Dominanz der so genannten Bloch-Oszillationen hindeutet. Aufgrund des fundamentalen Strom-Frequenz-Verhältnisses I = 2ef könnten solche Oszillationen für den Aufbau einer quantisierten Stromquelle metrologisch relevant sein. Im Vergleich zu einzelnen Tunnelkontakten [Kuzmin und Haviland, PRL 67, 2890 (1991)] sind in langen Reihenschaltungen wesentlich größere Oszillationsamplituden der Spannung und ein ähnlich breiter Frequenzbereich von bis zu einigen GHz zu erwarten. Von der physikalischen Aufgabenstellung führt die Reihenschaltung der kleinen Josephson-Tunnelkontakte zu einer eigenen Art Ladungsdynamik von Cooper-Paar-Solitonen mit variabler Masse, deren Rolle im Rahmen der elektromechanischen Analogie die quasiladungsabhängige so genannte Bloch-Induktivität der Kontakte [Zorin, PRL 96, 167001 (2006)] übernimmt.


Bild 1: Elektronmikroskopisches Bild einer Reihenschaltung aus ultrakleinen SQUIDs mit hoch-ohmigen Cr-Vorwiderständen.


Bild 2: Die DC-Stromspannungskennlinie zeigt einen Bereich negativen differentiellen Widerstands (siehe auch Inset) und weist auf die Präsenz der so genannten Bloch-Oszillationen hin.