Theory of vortex structure in Josephson junctions with multiple tunneling channels; Vortex enlargement as a probe of -wave superconductivity

多重トンネルチャネルを有するジョセフソン接合におけるジョセフソン渦構造

太田 幸宏; 町田 昌彦  ; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Ota, Yukihiro; Machida, Masahiko; Koyama, Tomio*; Matsumoto, Hideki*

多ギャップ超伝導体に起因する多重トンネルチャネル有するジョセフソン接合について、そのジョセフソン渦構造を調べる。まず、ヘテロ型接合及び粒間接合に着目し、各々について結合サイン-ゴルドン方程式を導出する。その解に基づき、通常の波対称性の場合に比べて波の場合ではジョセフソン渦の広がりが劇的に拡大することを示す。これは波対称性の場合、複数あるジョセフソン電流間での相殺が発生するためである。こうした異常拡大したジョセフソン渦構造を提示し、その広がりの評価について調べる。

We theoretically study Josephson vortex structure in Josephson junctions which have multiple tunneling channels caused by multiple superconducting gaps. Deriving coupled sine-Gordon equation from the free energy taking account of the multiple tunneling channels, we examine two typical situations, a heterotic junctions composed of multi-gap superconductor, insulator, and single-gap superconductor, and a grain boundary junction formed by two identical multigap superconductors. Then, we reveal in both situations that the magnetic field distribution of the Josephson vortex for -wave superconductivity is more enlarged than that for -wave without sign change between the order parameters. Its mechanism is ascribed to a cancellation of the multiple Josephson currents. We display such an anomalous Josephson vortex and suggest how to evaluate the enlargement.