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Electrodynamics and intrinsic Josephson effects in multi-gap superconductors

多ギャップ超伝導体における電気力学と固有ジョセフソン効果

小山 富男*; 太田 幸宏; 町田 昌彦  

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

本論文では、2ギャップ超伝導体固有ジョセフソン接合列におけるジョセフソン効果の理論を構築する。低エネルギー有効ラグランジアンからシステムを記述する運動方程式が導出される。この方程式から接合列と垂直方向に伝播する集団励起モードとして縦ジョセフソン・プラズマモード及びジョセフソン・レゲットモードが出現することがわかる。運動方程式の数値シミュレーションにより電流-電圧特性が求められる。電流-電圧特性はBi-2212固有ジョセフソン接合列とよく似た多重分岐構造を有する。ジョセフソン振動数がジョセフソン・レゲット振動数に近づくとき、ジョセフソン・レゲットモードが励起される。われわれは、その共鳴電圧では、電流-電圧特性の低電圧分岐においてステップ状の構造が出現することを示す。

We develop a theory for the Josephson effects in 2-gap intrinsic Josephson junctions stacks (IJJs). The coupled dynamical equations for the phase differences are derived from the low-energy effective Lagrangian. The equations describe the longitudinal Josephson plasma and the Josephson-Leggett (JL) mode propagating in the direction perpendicular to the junctions. Numerical results for the $$I$$-$$V$$ characteristics are presented. The $$I$$-$$V$$ characteristics shows multiple-branch structures similar to that in Bi-2212 IJJ's. When the Josephson frequency is approached to the JL mode frequency in non-uniform voltage branches, the JL mode is resonantly exited. At the resonant voltage a step-like structure appears in the $$I$$-$$V$$ curves in low-voltage branches.

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