マルチギャップ超伝導における巨視的量子トンネル

Macroscopic quantum tunneling effect in multigap superconductivity

太田 幸宏; 町田 昌彦  ; 小山 富男*

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

2008年の鉄砒素系超伝導の発見の後、多バンド及び多ギャップ超伝導に関する研究は超伝導物理における一大テーマとなり、その超伝導工学への応用可能性を明らかにすることは重要な課題である。本論文では、多ギャップ超伝導体からなる量子デバイスの特性、特にジョセフソン接合系での巨視的量子トンネルを調査した。解決すべき問題として多ギャップ性由来の多自由度性を考慮する必要性があったが、われわれはデバイスをよく知られた単一自由度の接合モデルへマップする手法を開発することで、解決した。結果、本デバイスでは量子トンネル確率が従来型に比べて飛躍的に上昇するメカニズムを発見した。その知見は今後の鉄砒素超伝導の超伝導工学応用にとって有益なものである。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 theoretically study the macroscopic quantum tunneling (MQT) in a hetero Josephson junction formed by a conventional single-gap superconductor and a multi-gap one such as and iron-based superconductors. We clarify the quantum dynamics of the phase differences and construct a theory for the MQT in the multi-gap Josephson junctions. The dynamics of the phase differences are strongly affected by the Josephson-Leggett mode, which is the out-of-phase oscillation mode of the phase differences. The escape rate is drastically enhanced when the frequency of the Josephson-Leggett mode is less than the Josephson-plasma frequency.