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Tunneling Hamiltonian analysis of DC Josephson currents in a weakly-interacting Bose-Einstein condensate

弱く相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体におけるDCジョセフソン電流のトンネルハミルトニアン解析

内野 瞬  

Uchino, Shun

冷却原子気体を用いたアトムトロニクス実験により、弱く相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の量子輸送現象を探索することが可能となっている。本研究では、ゼロ温度近傍でのBECの2端子輸送にフォーカスする。トンネルハミルトニアンとボゴリューボフ理論を用いることで、量子ポイントコンタクト系や接合系におけるDCジョセフソンカレントの表式を得ることができた。また、BECにおけるカレント-位相関係式は、アンドレーエフ束縛状態が存在しないため、従来型超伝導体とは異なる振る舞いを示すことがわかった。

Atomtronics experiments with ultracold atomic gases allow us to explore quantum transport phenomena of a weakly-interacting Bose-Einstein condensate (BEC). Here, we focus on two-terminal transport of such a BEC in the vicinity of zero temperature. By using the tunnel Hamiltonian and Bogoliubov theory, we obtain a DC Josephson current expression in the BEC and apply it to experimentally relevant situations such as quantum point contact and planar junction. Due to the absence of Andreev bound states but the presence of couplings associated with condensation elements, a current-phase relation in the BEC is found to be different from one in an $$s$$-wave superconductor.

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