RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 5, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2022

 / 

Апрель

←  →

Обзоры актуальных проблем


Аномальный эффект Джозефсона

†  а, б, в
а Объединенный институт ядерных исследований, Лаборатория теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова, Дубна, Московская обл., Российская Федерация
б Государственный университет "Дубна", ул. Университетская 19, Дубна, Московская обл., 141982, Российская Федерация
в Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701, Российская Федерация

Обзор посвящён одному из наиболее актуальных направлений современной физики конденсированного состояния --- аномальному эффекту Джозефсона (AJE), который заключается в возникновении в гибридной структуре фазового сдвига, приводящего к конечному сверхпроводящему току при нулевой разности фаз. AJE отражает совместное проявление сверхпроводимости, спин-орбитального взаимодействия и магнетизма, исследование таких структур позволяет продвинуться в понимании их взаимного влияния, открывает многообещающие приложения в сверхпроводниковой спинтронике. Описана физика $\varphi_{0}$-перехода, управление магнитными свойствами барьера посредством сверхпроводящего тока, а также, в свою очередь, влияние на джозефсоновский ток магнитного момента барьера. Приведено обсуждение новых эффективных методов переворота магнитного момента в $\varphi_{0}$-переходе, в частности, импульсом сверхпроводящего тока. Исследованы квантовые свойства джозефсоновских наноструктур с магнитными и топологически нетривиальными барьерами для создания новых устройств сверхпроводниковой спинтроники. Экспериментальная реализация $\varphi_{0}$-перехода, которая была недавно продемонстрирована в ряде работ прямым измерением соотношения ток—фаза, позволяет измерять величину спин-орбитальной связи и открывает новые возможности для фазового контроля джозефсоновских устройств. Эти исследования позволяют понять фундаментальные спин-зависимые явления, а также развить приложения для компьютерных технологий. В частности, управление магнитным состоянием с помощью сверхпроводящего тока открывает новые возможности для развития сверхбыстрой криогенной памяти. Приведены результаты исследования магнитной динамики вдоль вольт-амперной характеристики $\varphi_{0}$-перехода и анализа спиновой динамики в таких переходах. Рассмотрен вопрос о возможности контроля магнитной прецессии возникновением высших гармоник в соотношении ток—фаза, а также постоянной компоненты тока, которые значительно возрастают вблизи ферромагнитного резонанса. Интересные явления в $\varphi_{0}$-переходе возникают при воздействие внешнего электромагнитного излучения. Представлен анализ основных теоретических и экспериментальных работ, посвящённых AJE, приведены примеры проявления AJE в различных системах, указаны перспективы исследований в данном направлении, а также обсуждаются нерешённые задачи.

Текст pdf (1,6 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038894
Ключевые слова: сверхпроводниковая спинтроника, джозефсоновские переходы, аномальный эффект Джозефсона, $varphi_{0}$-переход
PACS: 74.50.+r, 85.25.Cp, 85.75.−d (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038894
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/4/a/
000848072400001
2-s2.0-85145801834
2022PhyU...65..317S
Цитата: Шукринов Ю М "Аномальный эффект Джозефсона" УФН 192 345–385 (2022)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 26 августа 2020, доработана: 30 ноября 2020, 30 ноября 2020

English citation: Shukrinov Yu M “Anomalous Josephson effect” Phys. Usp. 65 317–354 (2022); DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038894

Список литературы (206) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (23) Похожие статьи (20)

  1. Linder J, Robinson J W A Nat. Phys. 11 307 (2015)
  2. Mai S et al Phys. Rev. B 84 144519 (2011)
  3. Buzdin A I Rev. Mod. Phys. 77 935 (2005)
  4. Golubov A A, Kupriyanov M Yu, Il'ichev E Rev. Mod. Phys. 76 411 (2004)
  5. Ghosh R, Maiti M, Shukrinov Yu M, Sengupta K Phys. Rev. B 96 174517 (2017)
  6. Buzdin A Phys. Rev. Lett. 101 107005 (2008)
  7. Konschelle F, Buzdin A Phys. Rev. Lett. 102 017001 (2009)
  8. Chudnovsky E M Phys. Rev. B 93 144422 (2016)
  9. Yokoyama T, Eto M, Nazarov Yu V Phys. Rev. B 89 195407 (2014)
  10. Minutillo M et al Phys. Rev. B 98 144510 (2018)
  11. Krive I V et al Phys. Rev. B 71 214516 (2005)
  12. Reynoso A A et al Phys. Rev. Lett. 101 107001 (2008)
  13. Alidoust M, Hamzehpour H Phys. Rev. B 96 165422 (2017)
  14. Alidoust M, Willatzen M, Jauho A-P Phys. Rev. B 98 085414 (2018)
  15. Braude V, Nazarov Yu V Phys. Rev. Lett. 98 077003 (2007)
  16. Zyuzin A, Alidoust M, Loss D Phys. Rev. B 93 214502 (2016)
  17. Zyuzin A, Spivak B Phys. Rev. B 61 5902 (2000)
  18. Alidoust M Phys. Rev. B 98 245418 (2018)
  19. Goldobin E et al Phys. Rev. Lett. 107 227001 (2011)
  20. Goldobin E, Koelle D, Kleiner R Phys. Rev. B 91 214511 (2015)
  21. Menditto R et al Phys. Rev. B 98 024509 (2018)
  22. Alidoust M, Linder J Phys. Rev. B 87 060503 (2013)
  23. Shapiro D S, Mirlin A D, Shnirman A Phys. Rev. B 98 245405 (2018)
  24. Spätt C Phys. Rev. B 98 054508 (2018)
  25. Dolcini F, Houzet M, Meyer J S Phys. Rev. B 92 035428 (2015)
  26. Konschelle F, Tokatly I V, Bergeret F S Phys. Rev. B 92 125443 (2015)
  27. Szombati D B et al Nat. Phys. 12 568 (2016)
  28. Assouline A et al Nat. Commun. 10 126 (2019)
  29. Mayer W et al Nat. Commun. 11 212 (2020)
  30. Strambini E et al Nat. Nanotechnol. 15 656 (2020)
  31. Waintal X, Brouwer P W Phys. Rev. B 65 054407 (2002)
  32. Braude V, Blanter Ya M Phys. Rev. Lett. 100 207001 (2008)
  33. Linder J, Yokoyama T Phys. Rev. B 83 012501 (2011)
  34. Shukrinov Yu M et al Appl. Phys. Lett. 110 182407 (2017)
  35. Shukrinov Yu M, Rahmonov I R, Sengupta K Phys. Rev. B 99 224513 (2019)
  36. Zazunov A et al Phys. Rev. Lett. 103 147004 (2009)
  37. Brunetti A et al Phys. Rev. B 88 144515 (2013)
  38. Nesterov K N, Houzet M, Meyer J S Phys. Rev. B 93 174502 (2016)
  39. Bergeret F S, Tokatly I V Europhys. Lett. 110 57005 (2015)
  40. Bobkova I V et al Phys. Rev. B 94 134506 (2016)
  41. Гешкенбейн В Б, Ларкин А И Письма в ЖЭТФ 43 306 (1986); Geshkenbein V B, Larkin A I JETP Lett. 43 395 (1986)
  42. Geshkenbein V B, Larkin A I, Barone A Phys. Rev. B 36 235 (1987)
  43. Yip S Phys. Rev. B 52 3087 (1995)
  44. Sigrist M Prog. Theor. Phys. 99 899 (1998)
  45. Tanaka Y, Kashiwaya S Phys. Rev. B 56 892 (1997)
  46. Schrade C, Hoffman S, Loss D Phys. Rev. B 95 195421 (2017)
  47. Dolcini F, Giazotto F Phys. Rev. B 75 140511 (2007)
  48. Silaev M A, Tokatly I V, Bergeret F S Phys. Rev. B 95 184508 (2017)
  49. Grein R et al Phys. Rev. Lett. 102 227005 (2009)
  50. Mironov S, Buzdin A Phys. Rev. B 92 184506 (2015)
  51. Liu J-F, Chan K S Phys. Rev. B 82 125305 (2010)
  52. Margaris I, Paltoglou V, Flytzanis N J. Phys. Condens. Matter 22 445701 (2010)
  53. Kulagina I, Linder J Phys. Rev. B 90 054504 (2014)
  54. Moor A, Volkov A F, Efetov K B Phys. Rev. B 92 180506 (2015)
  55. Moor A, Volkov A F, Efetov K B Phys. Rev. B 92 214510 (2015)
  56. Ryazanov V V et al Phys. Rev. Lett. 86 2427 (2001)
  57. Oboznov V A et al Phys. Rev. Lett. 96 197003 (2006)
  58. Feofanov A K et al Nat. Phys. 6 593 (2010)
  59. Kontos T et al Phys. Rev. Lett. 89 137007 (2002)
  60. Birge N O, Madden A E, Naaman O Proc. SPIE 10732 107321M (2018)
  61. Robinson J W A, Witt J D S, Blamire M G Science 329 59 (2010)
  62. Volkov A F, Anishchanka A, Efetov K B Phys. Rev. B 73 104412 (2006)
  63. Kalenkov M S, Zaikin A D, Petrashov V T Phys. Rev. Lett. 107 087003 (2011)
  64. Yokoyama T, Linder J Phys. Rev. B 92 060503 (2015)
  65. Mazanik A A, Rahmonov I R, Botha A E, Shukrinov Yu M Phys. Rev. Appl. 14 014003 (2020)
  66. Guarcello C, Bergeret F S Phys. Rev. Appl. 13 034012 (2020)
  67. Josephson B D Phys. Lett. 1 251 (1962)
  68. Рашба Э И ФТТ 2 1224 (1960); Rashba E I Sov. Phys. Solid State 2 1109 (1960)
  69. Бычков Ю А, Рашба Э И Письма в ЖЭТФ 39 66 (1984); Bychkov Yu A, Rashba E I JETP Lett. 39 78 (1984)
  70. Samokhin K V Phys. Rev. B 70 104521 (2004)
  71. Kaur R P, Agterberg D F, Sigrist M Phys. Rev. Lett. 94 137002 (2005)
  72. Eilenberger G Z. Phys. A 214 195 (1968)
  73. Usadel K D Phys. Rev. Lett. 25 507 (1970)
  74. Bell C et al Phys. Rev. Lett. 100 047002 (2008)
  75. Zhu J-X, Balatsky A V Phys. Rev. B 67 174505 (2003)
  76. Bulaevskii L et al Phys. Rev. Lett. 92 177001 (2004)
  77. Zhu J-X et al Phys. Rev. Lett. 92 107001 (2004)
  78. Nussinov Z et al Phys. Rev. B 71 214520 (2005)
  79. Takahashi S et al Phys. Rev. Lett. 99 057003 (2007)
  80. Houzet M Phys. Rev. Lett. 101 057009 (2008)
  81. Hikino S et al J. Phys. Soc. Jpn. 77 053707 (2008)
  82. Likharev K K Dynamics of Josephson Junctions and Circuits (New York: Gordon and Beach Sci. Publ., 1986)
  83. Rusanov A Yu et al Phys. Rev. Lett. 93 057002 (2004)
  84. Лифшиц Е М, Питаевский Л П Статистическая физика Т. 2 (М.: Физматлит, 1994); Пер. на англ. яз., Lifshitz E M, Pitaevskii L P Statistical Physics Vol. 2 (Oxford: Pergamon Press, 1980)
  85. Shukrinov Yu M, Mahfouzi F, Pedersen N F Phys. Rev. B 75 104508 (2007)
  86. Buckel W, Kleiner R Superconductivity: Fundamentals and Applications (Weinheim: Wiley-VCH, 2004)
  87. Шукринов Ю М, Рахмонов И Р ЭЧАЯ 51 951 (2020); Shukrinov Y M, Rahmonov I R Phys. Part. Nucl. 51 816 (2020)
  88. Шукринов Ю М, Рахмонов И Р, Куликов К В Письма в ЖЭТФ 96 657 (2012); Shukrinov Yu M, Rahmonov I R, Kulikov K V JETP Lett. 96 588 (2012)
  89. Shukrinov Yu M et al Supercond. Sci. Technol. 30 024006 (2017)
  90. Рахмонов И Р, Шукринов Ю М, Давуд Р Письма в ЖЭТФ 103 444 (2016); Shukrinov Y M, Rahmonov I R, Davoud R JETP Lett. 103 395 (2016)
  91. Sellier H et al Phys. Rev. Lett. 92 257005 (2004)
  92. Капица П Л УФН 44 7 (1951)
  93. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Механика (М.: Наука, 1993); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 1987)
  94. Citro R et al Ann. Physics 360 694 (2015)
  95. Boukobza E et al Phys. Rev. Lett. 104 240402 (2010)
  96. Shukrinov Yu M et al Europhys. Lett. 122 37001 (2018)
  97. Chudnovsky E M, Tejada J Macroscopic Quantum Tunneling of the Magnetic Moment (Cambridge Studies in Magnetism) Vol. 4 (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1998)
  98. Chudnovsky E M, Gunther L Phys. Rev. Lett. 60 661 (1988)
  99. Chudnovsky E M, Tejada J Lectures on Magnetism (Princeton, NJ: Rinton Press, 2006)
  100. Cai L, Chudnovsky E M Phys. Rev. B 82 104429 (2010)
  101. Rabinovich D S et al Phys. Rev. Lett. 123 207001 (2019)
  102. Rabinovich D S, Bobkova I V, Bobkov A M Phys. Rev. Res. 1 033095 (2019)
  103. Qi X-L, Zhang S-C Rev. Mod. Phys. 83 1057 (2011)
  104. Castro Neto A H et al Rev. Mod. Phys. 81 109 (2009)
  105. Charlier J-C, Blase X, Roche S Rev. Mod. Phys. 79 677 (2007)
  106. Mourik V et al Science 336 1003 (2012)
  107. Nikolaeva A et al Phys. Rev. B 77 075332 (2008)
  108. Alicea J Rep. Prog. Phys. 75 076501 (2012)
  109. Mironov S V, Mel'nikov A S, Buzdin A I Phys. Rev. Lett. 114 227001 (2015)
  110. Cayssol J, Kontos T, Montambaux G Phys. Rev. B 67 184508 (2003)
  111. Beenakker C W J Phys. Rev. Lett. 67 3836 (1991)
  112. Khaire T S et al Phys. Rev. Lett. 104 137002 (2010)
  113. Dell'Anna L et al Phys. Rev. B 75 085305 (2007)
  114. Doh Y-J et al Science 309 272 (2005)
  115. van Dam J A et al Nature 442 667 (2006)
  116. Sand-Jespersen T et al Phys. Rev. Lett. 99 126603 (2007)
  117. Eichler A et al Phys. Rev. B 79 161407 (2009)
  118. Takayanagi H, Akazaki T, Nitta J Phys. Rev. Lett. 75 3533 (1995)
  119. Tirelli S et al Phys. Rev. Lett. 101 077004 (2008)
  120. Nitta J et al Phys. Rev. Lett. 78 1335 (1997)
  121. Grundler D Phys. Rev. Lett. 84 6074 (2000)
  122. Sato Y et al J. Appl. Phys. 89 8017 (2001)
  123. Žutić I, Fabian J, Das Sarma S Rev. Mod. Phys. 76 323 (2004)
  124. Orlando T P et al Phys. Rev. B 60 15398 (1999)
  125. Makhlin Y, Schön G, Shnirman A Rev. Mod. Phys. 73 357 (2001)
  126. Clarke J The New Superconducting Elecronics (NATO ASI Ser. E) Vol. 251 (Eds H Weinstock, R W Ralston) (Dordrecht: Kluwer Acad., 1993) p. 123
  127. Solinas P et al Sci. Rep. 5 12260 (2015)
  128. Likharev K K, Semenov V K IEEE Trans. Appl. Supercond. 1 3 (1991)
  129. Eschrig M et al New J. Phys. 17 083037 (2015)
  130. Ustinov A V, Kaplunenko V K J. Appl. Phys. 94 5405 (2003)
  131. Bauer A et al Phys. Rev. Lett. 92 217001 (2004)
  132. Буздин А И, Булаевский Л Н, Панюков С В Письма в ЖЭТФ 35 147 (1982); Buzdin A I, Bulaevskii L N, Panyukov S V JETP Lett. 35 178 (1982)
  133. Gürlich C et al Phys. Rev. B 81 094502 (2010)
  134. Mironov S et al Phys. Rev. B 96 214515 (2017)
  135. Goldobin E et al Phys. Rev. B 93 134514 (2016)
  136. Mironov S, Meng H, Buzdin A Appl. Phys. Lett. 116 162601 (2020)
  137. Silaev M A Phys. Rev. B 96 064519 (2017)
  138. Martínez-Pérez M J, Solinas P, Giazotto F J. Low Temp. Phys. 175 813 (2014)
  139. Maki K, GriffA Phys. Rev. Lett. 15 921 (1965)
  140. Guttman G D, Ben-Jacob E, Bergman D J Phys. Rev. B 57 2717 (1998)
  141. Zhao E, Löfwander T, Sauls J A Phys. Rev. B 69 134503 (2004)
  142. Ryazanov V V, Schmidt V V Solid State Commun. 40 1055 (1981)
  143. Giazotto F, Martínez-Pérez M J Nature 492 401 (2012)
  144. Guarcello C, Giazotto F, Solinas P Phys. Rev. B 94 054522 (2016)
  145. Fornieri A et al Phys. Rev. B 93 134508 (2016)
  146. Giazotto F, Bergeret F S Appl. Phys. Lett. 102 132603 (2013)
  147. Sothmann B, Hankiewicz E M Phys. Rev. B 94 081407 (2016)
  148. Fornieri A et al Nat. Nanotechnol. 12 425 (2017)
  149. Bergeret F S, Giazotto F Phys. Rev. B 89 054505 (2014)
  150. Wolf M J et al Phys. Rev. B 90 144509 (2014)
  151. Kolenda S et al Phys. Rev. B 95 224505 (2017)
  152. Senapati K, Blamire M G, Barber Z H Nat. Mater. 10 849 (2011)
  153. Tokuyasu T, Sauls J A, Rainer D Phys. Rev. B 38 8823 (1988)
  154. Bergeret F S, Volkov A F, Efetov K B Rev. Mod. Phys. 77 1321 (2005)
  155. Tanaka Y, Yokoyama T, Nagaosa N Phys. Rev. Lett. 103 107002 (2009)
  156. Fu L, Kane C L Phys. Rev. Lett. 100 096407 (2008)
  157. Hart S et al Nat. Phys. 10 638 (2014)
  158. Pribiag V S et al Nat. Nanotechnol. 10 593 (2015)
  159. Tkachov G et al Phys. Rev. B 92 045408 (2015)
  160. Lutchyn R M, Sau J D, Das Sarma S Phys. Rev. Lett. 105 077001 (2010)
  161. Oreg Y, Refael G, von Oppen F Phys. Rev. Lett. 105 177002 (2010)
  162. Nashaat M et al Phys. Rev. B 100 054506 (2019)
  163. Linder J et al Phys. Rev. B 81 184525 (2010)
  164. Hugdal H G, Linder J, Jacobsen S H Phys. Rev. B 95 235403 (2017)
  165. Yokoyama T, Zang J, Nagaosa N Phys. Rev. B 81 241410 (2010)
  166. Yokoyama T Phys. Rev. B 84 113407 (2011)
  167. Mahfouzi F, Nagaosa N, Nikolić B K Phys. Rev. Lett. 109 166602 (2012)
  168. Chen J, Abdul Jalil M B, Tan S G J. Phys. Soc. Jpn. 83 064710 (2014)
  169. Шукринов Ю М и др Письма в ЖЭТФ 110 149 (2019); Shukrinov Y M et al JETP Lett. 110 160 (2019)
  170. Coffey W T et al Phys. Rev. Lett. 80 5655 (1998)
  171. Cai L, Garanin D A, Chudnovsky E M Phys. Rev. B 87 024418 (2013)
  172. Shukrinov Yu M et al Chaos 24 033115 (2014)
  173. Kautz R L, Monaco R J. Appl. Phys. 57 875 (1985)
  174. Mukhanov O A IEEE Trans. Appl. Supercond. 21 760 (2011)
  175. Herr Q P et al J. Appl. Phys. 109 103903 (2011)
  176. Nishijima S et al Supercond. Sci. Technol. 26 113001 (2013)
  177. Mayer W et al Appl. Phys. Lett. 114 103104 (2019)
  178. Bobkova I V, Bobkov A M, Silaev M A Phys. Rev. B 98 014521 (2018)
  179. Shukrinov Yu M, Rahmonov I R, Botha A E IEEE Trans. Appl. Supercond. 28 1800505 (2018)
  180. Atanasova P et al Numerical Methods and Applications. 9th Intern. Conf., NMA 2018, Borovets, Bulgaria, August 20-24, 2018, Revised Selected Papers (Lecture Notes in Computer Science) Vol. 1118 (Eds G Nikolov, N Kolkovska, K Georgiev) (Cham: Springer, 2019)
  181. Атанасова П Х и др Письма в ЖЭТФ 110 736 (2019); Atanasova P Kh et al JETP Lett. 110 722 (2019)
  182. Baek B et al Nat. Commun. 5 3888 (2014)
  183. Madden A E et al Supercond. Sci. Technol. 32 015001 (2019)
  184. Nguyen M-H et al Sci. Rep. 10 248 (2020)
  185. Weber R et al J. Phys. D 52 325001 (2019)
  186. Papusoi C et al J. Phys. D 51 325002 (2018)
  187. Schoen M A et al Nat. Phys. 12 839 (2016)
  188. Campagnano G et al J. Phys. Condens. Matter 27 205301 (2015)
  189. Sickinger H et al Phys. Rev. Lett. 109 107002 (2012)
  190. Edelstein V M Solid State Commun. 73 233 (1990)
  191. Shen K, Vignale G, Raimondi R Phys. Rev. Lett. 112 096601 (2014)
  192. Yip S K Phys. Rev. B 65 144508 (2002)
  193. Wolos A et al Phys. Rev. B 93 155114 (2016)
  194. Hyde G R et al Solid State Commun. 13 257 (1973)
  195. Shabani J et al Phys. Rev. B 93 155402 (2016)
  196. Bøttcher C G L et al Nat. Phys. 14 1138 (2018)
  197. Suominen H J et al Phys. Rev. B 95 035307 (2017)
  198. Kjaergaard M et al Nat. Commun. 7 12841 (2016)
  199. Kjaergaard M et al Phys. Rev. Appl. 7 034029 (2017)
  200. Wickramasinghe K S et al Appl. Phys. Lett. 113 262104 (2018)
  201. Ren H et al Nature 569 93 (2019)
  202. Fornieri A et al Nature 569 89 (2019)
  203. Alidoust M, Shen C, Žutić I Phys. Rev. B 103 L060503 (2021)
  204. Mironov S V, Buzdin A I Phys. Rev. B 104 134502 (2021)
  205. Guarcello C, Bergeret F S Chaos Solitons Fractals 142 110384 (2021)
  206. Мельников А С и др УФН 192 (2022), принята к публикации; Mel’nikov A S et al Phys. Usp. 65 (2022), accepted
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение