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Aug 21, 2023

Der supraleitende Diodeneffekt in einem Gerät, das auf gekoppelten Josephson-Übergängen basiert

Feature vom 23. August 2023 Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und dabei den Inhalt sichergestellt

Feature vom 23. August 2023

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von Ingrid Fadelli, Phys.org

Der sogenannte supraleitende (SC) Diodeneffekt ist ein interessantes nichtreziprokes Phänomen, das auftritt, wenn ein Material in einer Richtung SC und in der anderen ohmsch ist. Dieser Effekt stand im Mittelpunkt zahlreicher physikalischer Studien, da seine Beobachtung und zuverlässige Kontrolle in verschiedenen Materialien die zukünftige Entwicklung neuer integrierter Schaltkreise ermöglichen könnte.

Forscher am RIKEN und anderen Instituten in Japan und den Vereinigten Staaten beobachteten kürzlich den SC-Diodeneffekt in einem neu entwickelten Gerät, das aus zwei kohärent gekoppelten Josephson-Übergängen besteht. Ihre in Nature Physics veröffentlichte Arbeit könnte als Leitfaden für die Entwicklung vielversprechender Technologien dienen, die auf gekoppelten Josephson-Kontakten basieren.

„Wir haben experimentell den nichtlokalen Josephson-Effekt untersucht, der ein charakteristischer SC-Transport in den kohärent gekoppelten Josephson-Kontakten (JJs) ist, inspiriert durch eine frühere theoretische Arbeit, die in NanoLetters veröffentlicht wurde“, sagte Sadashige Matsuo, einer der Forscher, die die Studie durchgeführt haben, gegenüber Phys .org.

„Die aktuelle Studie, die in Nature Physics vorgestellt wird, ist eine Erweiterung unserer früheren Arbeit über den nichtlokalen Josephson-Effekt. Daher haben wir die gleichen Methoden wie in unserer vorherigen Arbeit verwendet.“

Die jüngste Arbeit von Matsuo und seinem Kollegen baut auf ihren früheren Forschungsbemühungen auf, die sich auf den SC-Transport in kohärent gekoppelten JJs konzentrierten. Um ihre Experimente durchzuführen, verwendete das Team ein Gerät, das aus zwei JJs besteht, die sich eine einzige SC-Leitung teilen.

„Wenn der gemeinsame SC-Vorsprung knapp ist, sind die beiden JJs kohärent gekoppelt und interagieren miteinander“, erklärte Matsuo. „Indem wir einen JJ in die SC-Schleife einbetten und den anderen JJ messen, können wir den SC-Transport der JJs untersuchen, der von den anderen JJs durch die kohärente Kopplung beeinflusst wird.“

Durch die Modulation der Phase der gekoppelten JJs in ihrem Gerät konnten Matsuo und seine Kollegen letztendlich den SC-Diodeneffekt erzeugen. Ihre Arbeit enthüllte somit eine vielversprechende und zuverlässige Strategie, um diesen Effekt in gekoppelten JJs-basierten Geräten zu realisieren, und wirft gleichzeitig weiteres Licht auf die Physik, die dem Effekt in diesen Geräten zugrunde liegt.

„Der SC-Diodeneffekt selbst ist wichtig, da das Phänomen für die verlustfreie Gleichrichtung in zukünftigen SC-Schaltungen eingesetzt wird“, sagte Matsuo. „Darüber hinaus tritt der SC-Diodeneffekt auf, wenn SC-Geräte keine Zeitumkehr- und Rauminversionssymmetrien aufweisen. Daher legen unsere Ergebnisse nahe, dass die Phasensteuerung der gekoppelten JJs solche Symmetrien durchbrechen kann. Dies bedeutet, dass die anderen erwarteten exotischen SC-Phänomene auftreten.“ mit gebrochenen Symmetrien kann in den gekoppelten JJs realisiert werden.

In der Zukunft könnte dieser aktuelle Aufsatz neue Möglichkeiten für den Bereich der Elektrotechnik eröffnen. Die von ihnen verwendeten Methoden könnten beispielsweise bei der Entwicklung neuer hochleistungsfähiger supraleitender elektronischer Komponenten angewendet werden. Gleichzeitig könnte die Arbeit von Matsuo und seinen Kollegen andere Forschungsteams weltweit dazu inspirieren, ähnliche Studien mit gekoppelten JJs durchzuführen.

„Wir planen nun, nach anderen exotischen SC-Phänomenen als dem SC-Diodeneffekt zu suchen, indem wir die kohärente Kopplung der JJs steuern“, fügte Matsuo hinzu.

Mehr Informationen: Sadashige Matsuo et al., Josephson-Diodeneffekt abgeleitet von kohärenter Kurzstreckenkopplung, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02144-x

Zeitschrifteninformationen:Nanobuchstaben, Naturphysik

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