Untersuchung des intrinsischen Josephsoneffekts in Hochtemperatursupraleitern: Realisierung ultraschneller Bauelemente mit atomaren Dimensionen

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt ist Teil einer Kooperation mit experimentellen Gruppen in Tübingen (R. Kleiner), Erlangen (P.Müller) und Jena (P. Seidel und H. Schneidewind) zur "Untersuchung des intrinsischen Josephsoneffekts in Hochtemperatursupraieitern: Realisierung ultraschneller Bauelemente mit atomaren Dimensionen". Mit unserem Teil-Projekt haben wir theoretische Unterstützung bei der Deutung der experimentellen Ergebnisse geleistet und eine neue Nichtgleichgewichtstheorie für intrinsische Josephson-Systeme entwickelt. Durch die Injektion von Quasiteilchen bei einem angelegten Gleichstrom wird die Strom- Spannungs-Charakteristik von Josephson-Barrieren im resistiven Zustand geändert. Mit diesem Effekt konnten wir zwei bisher unverstandene experimentelle Phänomene erklären: 1. eine gelegentlich beobachtete Verschiebung von Shapiro-Stufen in den Strom-Spannungs- Kennlinien von Mesa-Strukturen aus BSCCO bei Hochfrequenzeinstrahlung, 2. die Abhängigkeit der an einem Mesa gemessenen Spannung vom Strom durch ein benachbartes Mesa bei Doppelmesa-Strukuren. Im Rahmen dieser Deutung bedeutet insbesondere die beobachtete Verschiebung von Shapiro-Stufen keine Verletzung der fundamentalen Josephson-Relation, sondern wird durch eine geänderte Spannung in der benachbarten resistiven Barriere verursacht. Schließlich konnten wir 3. die ungewöhnliche Temperaturabhängigkeit des kritischen Stromes bei kleinen Josephson-Kontakten durch Fluktuationseffekte erklären und quantitativ beschreiben. Im letzten Jahr haben wir die bisher verwendete phänomenologische Theorie zu einer mikroskopischen Nichtgleichgewichtstheorie für Schichtsupraleiter mit d-Wellen Gap-Struktur ausgebaut. Damit können wir u.a. die Frequenzabhängigkeit der Relaxation der Quasiteilchen-Ladung durch Verunreinigungsstreuung, die Verteilung von Zahl und Ladung der Quasiteilchen auf den verschiedenen supraleitenden Schichten, die Absenkung des Ordnungs-Parameters und des kritischen Stromes und den Spannungsabfall zwischen den Schichten berechnen. Darin unterscheiden sich unsere Arbeiten wesentlich von bisherigen theoretischen Untersuchungen an intrinsischen.Josephsonsystemen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A. Franz, Y. Koval, D. Vasyukov, P. Müller, H. Schneidewind, D.A. Ryndyk, J. Keller, C. Helm, Thermal fluctuations in uttrasmall intrinsic Josephson junctions, Phys. Rev. B69, 014506 (2004)
  
  
• Ch. Helm, L.N. Bulaevskii, D.A. Ryndyk, J. Keller, S. Rother, Y. Koval, P. Müller, R. Kleiner, Electronic compressibility and charge imbalance relaxation in cuprate superconductors, Physica C 408-410, 612 (2004)
  
  
• D. A. Ryndyk, J. Keller, C. Helm, Non-equilibrium effects due to charge fluctuations in intrinsic Josephson systems, J. Phys.: Condens. Matter 14, 815 (2002)
  
  
• J.Keller, D.A. Ryndyk, Static charge-imbalance effects in intrinsic Josephson systems, Phys. Rev. B71,054507(2005)
  
  
• S. Rother, Y. Koval, P. Müller, R. Kleiner, D.A. Ryndyk, J. Keller, C. Helm, Charge- Unbalance effects in intrinsic Josephson systems, Phys. Rev. B67, 024510 (2003)