Сверхпроводящие квантовые флуктуации в одном измерении

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Даётся обзор недавних достижений в области квазиодномерной сверхпроводимости. Мы показываем, что низкотемпературные свойства сверхпроводящих нанопроводов полностью определяются квантовыми флуктуациями. Гладкие (гауссовы) флуктуации фазы сверхпроводящего параметра порядка (также связанные с плазменными модами, распространяющимися вдоль провода) могут существенно влиять на одноэлектронную плотность состояний в таких проводах и вызывать флуктуации незатухающего тока в сверхпроводящих нанокольцах. Другие интересные явления, такие как, например, конечное сопротивление и дробовой шум напряжения в сверхпроводящих нанопроводах, сквозь которые пропускается ток, вызваны негауссовыми флуктуациями параметра порядка — квантовыми проскальзываниями фазы (КПФ). Данные явления могут быть проинтерпретированы в терминах туннелирования флаксонов, играющих роль эффективных квантовых “частиц”, дуальных куперовским парам и описывающихся сложной статистикой, которая сводится к пуассоновской в пределе нулевых частот. Мы также показываем, что эффекты от КПФ могут быть особенно выражены в тончайших проводах и кольцах, где квантовые проскальзывания фазы остаются несвязанными и определяют непертурбативный масштаб длины $L_c$, за пределами которого сверхток подавляется квантовыми флуктуациями. Соответсвенно, при $T \to 0$ такие нанопроволоки должны проявлять изоляторное поведение на масштабах, превышающих $L_c$, тогда как на меньших масштабах они всё ещё могут иметь сверхпроводящие свойства. Мы приводим аргументы в пользу того, что некоторые нетривиальные особенности, связанные с квантовыми флуктуациями параметра порядка, могут быть чувствительны к конкретной топологии системы и могут наблюдаться в таких структурах, как, например, система электростатически связанных сверхпроводящих нанопроводов.

Об авторах

Андрей Георгиевич Семенов

Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук; Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"

Email: semenov@lpi.ru
ORCID iD: 0000-0002-6992-7862
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Андрей Дмитриевич Заикин

Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук; Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"

Email: zaikinad@lebedev.ru
ResearcherId: M-6121-2015
доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Список литературы

  1. Zaikin A. D., Golubev D. S., Dissipative Quantum Mechanics of Nanostructures: Electron Transport, Fluctuations, and Interactions, Jenny Stanford, Publ., Singapore, 2019
  2. Arutyunov K. Yu., Golubev D. S., Zaikin A. D., Phys. Rep., 464 (2008), 1
  3. Larkin A., Varlamov A., Theory of Fluctuations in Superconductors, Clarendon Press, Oxford, 2005
  4. Bezryadin A., J. Phys. Condens. Matter, 20 (2008), 043202
  5. Zaikin A. D., Handbook of Nanophysics: Nanotubes and Nanowires, Ed. K. D. Sattler, CRC Press. Taylor and Francis Group, Boca Raton, FL, 2010, 40–1
  6. Bezryadin A., Superconductivity in Nanowires: Fabrication and Quantum Transport, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2013
  7. Mermin N. D., Wagner H., Phys. Rev. Lett., 17 (1966), 1133
  8. Hohenberg P. C., Phys. Rev., 158 (1967), 383
  9. Березинский В. С., ЖЭТФ, 59 (1971), 907
  10. Kosterlitz J. M., Thouless D. J., J. Phys. C, 6 (1973), 1181
  11. Kosterlitz J. M., J. Phys. C, 7 (1974), 1046
  12. Zaikin A. D. et al., Phys. Rev. Lett., 78 (1997), 1552
  13. van Otterlo A., Golubev D. S., Zaikin A. D., Blatter G., Eur. Phys. J. B, 10 (1999), 131
  14. Golubev D. S., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 64 (2001), 014504
  15. Golubev D. S., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 78 (2008), 144502
  16. Mooij J. E., Schön G., Phys. Rev. Lett., 55 (1985), 114
  17. Little W. A., Phys. Rev., 156 (1967), 396
  18. Langer J. S., Ambegaokar V., Phys. Rev., 164 (1967), 498
  19. McCumber D. E., Halperin B. I., Phys. Rev. B, 1 (1970), 1054
  20. Lukens J. E., Warburton R. J., Webb W. W., Phys. Rev. Lett., 25 (1970), 1180
  21. Newbower R. S., Beasley M. R., Tinkham M., Phys. Rev. B, 5 (1972), 864
  22. Bezryadin A., Lau C. N., Tinkham M., Nature, 404 (2000), 971
  23. Lau C. N. et al., Phys. Rev. Lett., 87 (2001), 217003
  24. Zgirski M. et al., Phys. Rev. B, 77 (2008), 054508
  25. Lehtinen J. S. et al., Phys. Rev. B, 85 (2012), 094508
  26. Baumans X. D. A. et al., Nat. Commun., 7 (2016), 10560
  27. Radkevich A., Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 96 (2017), 085435
  28. Usadel K. D., Phys. Rev. Lett., 25 (1970), 507
  29. Belzig W. et al., Superlatt. Microstruct., 25 (1999), 1251
  30. Dynes R. C., Narayanamurti V., Garno J. P., Phys. Rev. Lett., 41 (1978), 1509
  31. Panyukov S. V., Zaikin A. D., J. Low Temp. Phys., 73 (1988), 1
  32. Arutyunov K. Yu. et al., J. Magn. Magn. Mater., 459 (2018), 356
  33. Camarota B. et al., Phys. Rev. Lett., 86 (2001), 480
  34. Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 88 (2013), 054505
  35. Semenov A. G., Zaikin A. D., J. Phys. Condens. Matter, 22 (2010), 485302
  36. Scalapino D. J., White S. R., Zhang S., Phys. Rev. B, 47 (1993), 7995
  37. Resta R., J. Phys. Condens. Matter, 30 (2018), 414001
  38. Zaikin A. D., Panyukov S. V., Phys. Lett. A, 120 (1987), 306
  39. Averin D. V., Odintsov A. A., Phys. Lett. A, 140 (1989), 251
  40. Zaikin A. D., J. Low Temp. Phys., 80 (1990), 223
  41. Schön G., Zaikin A. D., Phys. Rep., 198 (1990), 237
  42. Mooij J. E., Nazarov Yu. V., Nat. Phys., 2 (2006), 169
  43. Семенов А. Г., Заикин А. Д., Физика низких температур, 43 (2017), 1011
  44. Barone A., Paternò G., Physics and Applications of the Josephson Effect, Wiley, New York, 1982
  45. Astafiev O. V. et al., Nature, 484 (2012), 355
  46. Peltonen J. T. et al., Phys. Rev. B, 88 (2013), 220506
  47. Lehtinen J. S., Zakharov K., Arutyunov K. Yu., Phys. Rev. Lett., 109 (2012), 187001
  48. Shaikhaidarov R. S. et al., Nature, 608 (2022), 45
  49. Il'ichev E. V., Ryazanov V. V., Astafiev O. V., Phys. Rev. Lett., 128 (2022), 159701
  50. Arutyunov K. Yu., Lehtinen J. S., Phys. Rev. Lett., 128 (2022), 159702
  51. Hongisto T. T., Zorin A. B., Phys. Rev. Lett., 108 (2012), 097001
  52. de Graaf S. E. et al., Nat. Phys., 14 (2018), 590
  53. Wang Z. M., Lehtinen J. S., Arutyunov K. Yu., Appl. Phys. Lett., 114 (2019), 242601
  54. Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Scr., 2012:T151 (2012), 014022
  55. Mooij J. E., Harmans C. J. P. M, New J. Phys., 7 (2005), 219
  56. Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 84 (2011), 045416
  57. Averin D., Imam H. T., Phys. Rev. Lett., 76 (1996), 3814
  58. Martin-Rodero A., Levy Yeyati A., Garcia-Vidal F. J., Phys. Rev. B, 53 (1996), R8891
  59. Galaktionov A. V., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 82 (2010), 184520
  60. Blanter Ya. M., Büttiker M., Phys. Rep., 336 (2000), 1
  61. Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 94 (2016), 014512
  62. Weiss U., Quantum Dissipative Systems, World Scientific, Singapore, 2008, 207
  63. Semenov A. G., Zaikin A. D., Fortschr. Phys., 65 (2017), 1600043
  64. Controzzi D., Essler F. H. L., Tsvelik A. M., Phys. Rev. Lett., 86 (2001), 680
  65. Semenov A. G., Zaikin A. D., J. Supercond. Nov. Magn., 30 (2017), 139
  66. Semenov A. G., Zaikin A. D., J. Supercond. Nov. Magn., 31 (2018), 711
  67. Golubev D. S. et al., Phys. Rev. B, 81 (2010), 184516
  68. Žonda M., Belzig W., Novotny T., Phys. Rev. B, 91 (2015), 134305
  69. Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 99 (2019), 094516
  70. Galaktionov A. V., Golubev D. S., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 68 (2003), 235333
  71. Averin D. V., Nazarov Yu. V., Odintsov A. A., Physica B, 165–166 (1990), 945
  72. Bobbert P. A., Fazio R., Schön G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 45 (1992), 2294
  73. Radkevich A., Semenov A. G., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 100 (2019), 014520
  74. Kleinert H., Electron. J. Theor. Phys., 8:25 (2011), 57
  75. Fisher M. P. A., Zwerger W., Phys. Rev. B, 32 (1985), 6190
  76. Schmid A., Phys. Rev. Lett., 51 (1983), 1506
  77. Panyukov S. V., Zaikin A. D., Physica B, 152 (1988), 162
  78. Lukyanov S., Zamolodchikov A., Nucl. Phys. B, 493 (1997), 571
  79. Gogolin A. O., Nersesyan A. A., Tsvelik A. M., Bosonization and Strongly Correlated Systems, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1998
  80. Radkevich A., Semenov A. G., Zaikin A. D., J. Supercond. Nov. Magn., 33 (2020), 2335
  81. Hekking F. W. J., Glazman L. I., Phys. Rev. B, 55 (1997), 6551
  82. Latyshev A., Semenov A. G., Zaikin A. D., J. Supercond. Nov. Magn., 33 (2020), 2329
  83. Latyshev A., Semenov A. G., Zaikin A. D., Beilstein J. Nanotechnol., 11 (2020), 1402
  84. Latyshev A., Semenov A. G., Zaikin A. D., Beilstein J. Nanotechnol., 13 (2022), 292
  85. Guinea F., Schön G., Europhys. Lett., 1 (1986), 585
  86. Panyukov S. V., Zaikin A. D., Phys. Rev. Lett., 67 (1991), 3168
  87. Hofstetter W., Zwerger W., Phys. Rev. Lett., 78 (1997), 3737
  88. Kindermann M., Nazarov Yu. V., Phys. Rev. Lett., 91 (2003), 136802
  89. Golubev D. S., Zaikin A. D., Phys. Rev. B, 69 (2004), 075318
  90. Bagrets D. A., Nazarov Yu. V., Phys. Rev. Lett., 94 (2005), 056801
  91. Булгадаев С. А., Письма в ЖЭТФ, 39 (1984), 264
  92. Guinea F., Hakim V., Muramatsu A., Phys. Rev. Lett., 54 (1985), 263
  93. Delacour C. et al., Nano Lett., 12 (2012), 3501
  94. Arutyunov K. Yu. et al., Commun. Phys., 4 (2021), 146
  95. Bollinger A. T. et al., Phys. Rev. Lett., 101 (2008), 227003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».