Theory of phase dynamics in intrinsic Josephson junctions with multigap superconducting layers

多ギャップ超伝導固有ジョセフソン接合における位相ダイナミックス

太田 幸宏; 町田 昌彦  ; 小山 富男*

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

超伝導デバイス分野では超伝導特性を鋭敏に反映するデバイスの研究開発が要求されている。本発表では、上記課題に関連し、多ギャップ超伝導固有ジョセフソン接合列の理論基盤を構築し、その代表例である鉄系超伝導体に特有の固有ジョセフソン効果の理論解析結果について報告する。課題解決にあたり、本システムの位相モードの精密な解析を実施し、その結果、従来の銅酸化物超伝導体における接合間相互作用に加え、新たな結合メカニズムの存在を示すことに成功した。固有ジョセフソン接合列は原子レベルでのクリーンな接合列が実現されているデバイスであり、量子デバイスやテラヘルツ発振において大きな役割を果たす。したがって、本成果は鉄系超伝導体の新規デバイス応用を拓く成果である。なお、本成果は科学技術振興機構・受託研究「超伝導新奇応用のためのマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション基盤の構築」の研究成果である一方、原子力材料のマルチスケールシミュレーション研究開発にも資する成果である。

We construct a theory of dynamical behavior in intrinsic Josephson junction stacks (IJJ's) with multi-gap superconducting layers, motivated by recent discovery rush of highly-anisotropic iron-based superconductors with a thick perovskite block layers. The theory predicts the existence of two kinds of phase modes, one of which is the Josephson plasma mode and other of which is the Leggett's mode. The IJJ's with multiple tunneling channels have a novel energy scale, inter-band Josephson coupling on each superconducting layer which generates a mass of the Leggett's mode. We discuss a cooperative phenomena induced by such a coupling in addition to capacitive and inductive couplings between the superconducting layers.