PDF《电流激励下两带单结超导环的电磁性质研究 ∗》

? 国家自然科学基金( 批准号:

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5 5 ) 和中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.

? z h a n g j i a l i @n c e p u . e d u . c n 第4 0卷第1期2018 年2月低温物理学报CH I N E S EJ OUR NA LO FL OW T EMP E R ATUR EP HY S I C S V o l .

4 0, N o .

1 F e b2018 电流激励下两带单结超导环的电磁性质研究? 黄海张佳丽? 张建江 华北电力大学 数理学院, 北京

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2 8 【 摘要】 在两带 G i n z b u r g G L a n d a u理论基础上, 我们研究了在电流激励情形下两带单结超导环的电磁性质. 两带超 导环中可引入的两个超导序参量的相位差满足s i n e G G o r d o n方程, 由该方程的孤立子解我们得到了单个超导结( 微 桥结构) 两端相位差与总磁通之间的线性关系. 通过微桥中电流与超导结两端相位差满足的非线性J o s e p h s o n方程, 建立了在电流激励下环内磁通与外加电流之间的依赖关系. 我们的分析表明两带超导环中可能产生的孤立子 解及分数磁通量子化现象可以通过测量单结超导环中的电磁性质加以验证. 关键词:两带单结超导环, s i n e G G o r d o n方程, 微桥 P A C S :

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7 8. G w,

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2 0. D e

1 引言单结超导环是由一个超导弱连接和大块超导体 组成的闭合环路, 分析该结构的电磁性质对研究超 导体内的磁通动力学具有重要意义. 在实验工作方 面, S i l v e r等人从1

9 6 5年即开始对单结超导环中的 磁通和电流在外加磁场中的行为展开研究[ 1, 2] . 在此 基础上, M e r c e r e a u等人对单结超导环在电子仪器, 尤其是磁力计中的应用作了深入探讨[ 3] . 到目前为 止, 关于单结超导环的理论研究主要分为线性理论 和非线性理论两种. 线性理论是将单结超导环作一 个简单近似, 即认为结是线性的, 此时单结超导环的 行为直到临界电流为止均表现为环的行为[ 1] . 非线 性理论则将弱连接近似为一个J o s e p h s o n隧道结, 在引入结两端超导序参量的相位差后, 结中电流与 相位差之间满足非线性 的J o s e p h s o n 关系[

4 ] . 与线性理论相比, 非线性理论得到的计算结果与实验符 合得较好.

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0 1年日本科学家发现了二元金属化合物MgB2的超导电性, 临界温度高达3 9K [ 5] . M g B 2并非 简单的 B C S超导体而是一种两带超导体, 对MgB2能带结构和声子谱的计算都表明了两个能隙的存 在[

6 G 9] , 有关该超导体两能隙的图像后 来被电子隧道、 比热和角分辨光电子谱等实验广泛证实[

1 0 G

1 5] . 近 年来, 人们开始逐步展开对两带超导体中弱连接结 构的研究. 一种典型的超导体弱耦合构型是超导微 桥, 该结构 具有良好的稳定性, 且几乎所有与JoGsephson效应有关的实验现象, 在微桥中都能够被 观测到[

1 6] . 在d eG e n n e s对单带超导体微桥的研究 工作基础上[

1 7] , Y e r i n 和Om e l y a n c h o u k 对两带超 导体微桥进行了系统分析, 得到了微桥中电流密度 与微 桥两端超导序参量之间满足的Josephson公式[

1 8] . 本文将对放入单个两带超导体微桥的两带超导 环进行研究. 我们在微桥两端加一个外接恒流源, 探 究在电流激励情形下超导环中总磁通、 结电流与外 加电流之间的关系. 首先, 我们由s i n e G G o r d o n方程 的孤立子解得出了超导结两端相位差与总磁通之间 满足的线性 关系. 其次, 基于两带超导体微桥上的Josephson公式, 建立了在电流激励情形 下环内磁通与外加电流之间的联系. 定义β e = (