Theory for collective macroscopic tunneling in high- intrinsic Josephson junctions

高温超伝導固有ジョセフソン接合における集団的巨視的トンネル効果の理論

町田 昌彦  ; 小山 富男*

Machida, Masahiko; Koyama, Tomio*

原子力分野等において、これまで、放射線検出などのため、超伝導を利用した高精度デバイスが考案されてきたが、その動作原理については未解明な部分が多い。本研究では、高温超伝導体の結晶構造それ自身がデバイスとして機能することから、その動作機構について理論的手法を用いて研究を行った。その結果、結晶構造に由来するジョセフソン積層素子アレイの場合、スイッチングに重要な役割を果たす量子準位が積層数分だけ分裂し、マイクロ波を加えると、それらの間に遷移が起こり、スイッチング確率が積層数の2乗に比例して増加することが予言できた。この結果は、最近のドイツの実験グループの結果と同じであり、理論の正しさを証明している。

On the basis of the theory for the capacitive coupling in intrinsic Josephson junctions (IJJ's), we theoretically study the macroscopic quantum tunneling in the switching dynamics into the voltage states in IJJ. The effective action obtained by using the path integral formalism reveals that the capacitive coupling splits each of the lowest and higher quantum levels, which are given inside Josephson potential barrier of the single junction derived by dropping off the coupling, into quantum levels composed of the number of junction (). This level splitting can cause multiple low-frequency Rabi-oscillations and enhance the switching probability compared to the conventional Caldeira-Leggett theory. Furthermore, a possibility as a naturally built-in multi-qubit is discussed.