Influence of nonmagnetic impurities on the magnetic properties of tunnel superconducting junctions with a nonsinusoidal current-phase relation

Editorial Board PCSS Journal; О.М. Романчук; В.Є. Сахнюк

doi:10.15330/pcss.27.2.366-371

Автор(и)

О.М. Романчук Волинський національний університет імені Лесі Українки, м. Луцьк, Україна
В.Є. Сахнюк Волинський національний університет імені Лесі Українки, м. Луцьк, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.2.366-371

Ключові слова:

тунельний надпровідний контакт, струм-фазова залежність, немагнітні домішки, магнітні властивості, прозорість бар'єра, осцилююча поведінка

Анотація

Досліджено вплив немагнітних домішок та ефектів розпаровування на магнітні властивості тунельних надпровідних контактів при температурах, близьких до критичної. Показано, що зі збільшенням прозорості діелектричного шару залежність струму від фази суттєво відхиляється від класичної синусоїдальної форми. Отримано аналітичний вираз для залежності критичного струму від магнітного поля, який є справедливим для довільної концентрації домішок. Проаналізовано роль довжини вільного пробігу електронів (концентрації домішок) у формуванні дифракційної картини. Продемонстровано, що зростання прозорості бар'єру та зміна параметра чистоти контакту приводять до вираженої ангармонійності в залежності струму від різниці фаз. Ця ангармонійність спричиняє суттєве зменшення бічних максимумів на магнітній дифракційній картині надпровідного струму. Асимптотичний аналіз підтверджує, що у граничному випадку низької прозорості бар'єру дифракційна картина зводиться до класичного розподілу Фраунгофера.

Посилання

A.V. Svidzinskyi, Microscopic Theory of Superconductivity (Lesya Ukrainka Volyn National University, Lutsk, 2011).

A.Barone, G. Paterno, Physics and Applications of the Josephson Effect (Wiley, New York, 1982).

K.K. Likharev, Dynamics of Josephson Junctions and Circuits (Gordon and Breach, New York, 1986).

A.A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, E. Il’ichev, The current-phase relation in Josephson junctions, Rev. Mod. Phys., 76, 411 (2004); https://doi.org/10.1103/RevModPhys.76.411.

O. Y. Pastukh, A. M. Shutovskii, V. E. Sakhnyuk, The effect of depairing on the current-phase relation in SIS junctions in the presence of nonmagnetic impurities of arbitrary concentration, Fiz. Nizk. Temp., 43(6), 835 (2017); https://doi.org/10.1063/1.4985972.

V. Sakhnyuk, V. Holoviy, Іnfluence of the dielectric layer transparency upon the current dependence of the phase difference on the SIS junctions, J. Phys. Stud., 15(2), 2702 (2011); https://doi.org/10.30970/jps.15.2702.

O.Y. Pastukh, V. E. Sakhnyuk, A. V. Svidzinsky, Current states in symmetrical SNINS junction for arbitrary concentrations of nonmagnetic impurities, Phys. Lett. A, 382(32), 2149 (2018); https://doi.org/10.1016/j.physleta.2018.05.035.

O.Yu. Pastukh, V. E. Sakhnyuk, A. V. Svidzinsky, The effect of an external magnetic field on the maximum current of SNINS junctions near the critical temperature, Condensed Matter Physics, 21(4), 43702 (2018); https://doi.org/10.5488/CMP.21.43702.

E. Goldobin, D. Koelle, R. Kleiner, A. Buzdin, Josephson junctions with second harmonic in the current-phase relation: Properties of ϕ junctions, Physical Review B, 76(22), 224523 (2007); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.224523.

C. Kurter, A. D. Finck, Y. S. Hor, D. J. Van Harlingen, Evidence for an anomalous current-phase relation in topological insulator Josephson junctions, Nat. Commun., 6, 7130 (2015); https://doi.org/10.1038/ncomms8130.

E. M. Spanton et al., Current-phase relations of few-mode InAs nanowire Josephson junctions, Nat. Phys., 13, 1177 (2017); https://doi.org/10.1038/nphys4224.

S. Hart et al., Current-phase relations of InAs nanowire Josephson junctions: From interacting to multimode regimes, Phys. Rev. B, 100(6), 064523 (2019); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.064523.

M. Kayyalha et al., Highly skewed current-phase relation in superconductor-topological insulator-superconductor Josephson junctions, npj Quantum Mater., 5, 7 (2020); https://doi.org/10.1038/s41535-020-0209-5.

A. Shutovskyi, V. Sakhnyuk, Y. Zolotaryuk, Fluxon dynamics in long Josephson junctions with nontrivial current-phase relation, Eur. Phys. J. B, 95, 134 (2022); https://doi.org/10.1140/epjb/s10051-022-00397-8.

A. M. Shutovskyi, V. E. Sakhnyuk, I. O. Starodub, Y. O. Zolotaryuk, Influence of a dielectric layer transparency on the overdamped Josephson junction dynamics, Low Temp. Phys., 51, 596 (2025); https://doi.org/10.1063/10.0036518.