Abstract
An overview is given on recent experiments on the transitions between insulating, resistive and superconducting phases in systems consisting of small tunnel junction lattices fabricated by electron beam lithography. Possible interpretations based on the Josephson junction array model are presented.
Similar content being viewed by others
References
M. Strongin, R. S. Thompson, O. F. Kammerer and J. E. Crow,Phys. Rev. B 1, 1078 (1970).
D. C. Licciardello and D. J. Thouless,Phys. Rev. Lett. 35, 1475 (1975).
U. Weiss, “Quantum Dissipative Systems” (World Scientific, 1993).
B. Abeles,Phys. Rev. B 15, 2828 (1977).
D. V. Averin and K. K. Likharev,J. Low Temp. Phys. 62, 345 (1986).
D. V. Averin and K. K. Likharev, in “Mesoscopic Phenomena in Solids,” B. L. Altshuler, P. A. Lee and R. A. Webb, eds. (North-Holland, 1991), p. 173.
G. Schön and A. D. Zaikin,Phys. Rep. 198, 237 (1990).
H. Grabert and M. H. Devoret, eds., “Single Charge Tunneling: Coulomb Blockade Phenomenon in Nanostructures” (Plenum, 1992).
M. T. Touminen, J. M. Hergenrother, T. S. Tighe and M. Tinkham,Phys. Rev. Lett. 69, 1997 (1992).
P. Lafarge, P. Joyez, D. Estieve, C. Urbina and M. H. Devoret,Phys. Rev. Lett. 70, 994 (1993).
C. A. Neugebauer and M. B. Webb,J. Appl. Phys. 33, 74 (1962).
H. R. Zeller and I. Giaever,Phys. Rev. 181, 789 (1969).
J. Lambe and R. C. Jaklevic,Phys. Rev. Lett. 22, 1371 (1969).
E. Šimánek,Solid State Commun. 31, 419 (1979).
K. B. Efetov,Zh. Eksp. Teor. Fiz. 78, 2017 (1979) [Sov. Phys. JETP 51, 1015 (1980)].
L. Jacobs, J. V. José and M. A. Novotny,Phys. Rev. Lett. 53, 2177 (1984).
Y. Imry and M. Strongin,Phys. Rev. B 24, 6353 (1981).
E.g., see P. A. Lee and T. V. Ramakrishnan,Rev. Mod. Phys. 57, 287 (1985).
A. O. Caldeira and A. J. Leggett,Phys. Rev. Lett. 46, 211 (1981).
A. O. Caldeira and A. J. Leggett,Ann. Phys. 149, 374 (1983).
S. Chakravarty,Phys. Rev. Lett. 49, 681 (1982).
A. Schmid,Phys. Rev. Lett. 51, 1506 (1983).
B. G. Orr, H. M. Jaeger and A. M. Goldman,Phys. Rev. B 32, 7586 (1985).
A. J. Leggett, in “Chance and Matter,” J. Souletie, J. Vannimenus and R. Stora, eds. (North-Holland, 1987), p. 395.
A. J. Leggett, in “Quantum Tunneling in Condensed Media,” Y. Kagan and A. J. Leggett, eds. (North-Holland, 1992), p. 1.
E. Simánek, “Inhomogeneous Superconductors” (Oxford University Press, 1994).
E.g., see A. Barone and G. Paterno, “Physics and Applications of the Josephson Effect,” (John Wiley and Sons, 1982).
P. W. Anderson, in “Lectures on the Many Body Problem,” E. R. Caianello, ed. (Academic, 1964), Vol. 2, p. 127.
U. Geigenmüller and M. Ueda, submitted toPhys. Rev. B.
K. K. Likharev and A. B. Zorin,J. Low Temp. Phys. 59, 347 (1985).
L. S. Kuzmin and D. B. Haviland,Phys. Rev. Lett. 67, 2890 (1991).
K. Yoshihiro, J. Kinoshita, K. Inagaki, C. Yamanouchi and S. Kobayashi,IEEE Trans. Inst. 38, 317 (1989).
H. A. Kramers,Physica 7, 284 (1940).
P. Hänggi, P. Talkner and M. Borkovec,Rev. Mod. Phys. 62, 251 (1990).
V. I. Mel'nikov,Phys. Report 209, 1 (1991).
C. G. Callan and S. Coleman,Phys. Rev. D 16, 1762 (1977).
A. J. Leggett and A. Garg,Phys. Rev. Lett. 54, 857 (1985).
R. F. Voss and R. A. Webb,Phys. Rev. Lett. 47, 265 (1981).
J. M. Martinis, M. H. Devoret and J. Clarke,Phys. Rev. B 35, 4682 (1987).
J. M. Martinis and R. L. Kautz,Phys. Rev. Lett. 63, 1507 (1989).
M. H. Devoret, D. Esteve, C. Urbina, J. Martinis, A. Cleland and J. Clarke, in “Quantum Tunneling in Condensed Media,” Y. Kagan and A. J. Leggett, eds. (North-Holland, 1992), p. 313.
C. D. Tesche,Phys. Rev. Lett. 64, 2358.
R. P. Feynman and A. R. Hibbs, “Quantum Mechanics and Path Integrals” (McGraw-Hill, 1965).
V. Ambegaokar, U. Eckern and G. Schön,Phys. Rev. Lett. 48, 1745 (1982).
U. Eckern, G. Schön and V. Ambegaokar,Phys. Rev. 30, 6419 (1984).
G. Schön and A. D. Zaikin,Phys. Rev. B 40, 5231 (1989).
A. J. Leggett, S. Chakravarty, A. T. Dorsey, M. P. A. Fisher, A. Garg and W. Zwerger,Rev. Mod. Phys. 59, 1 (1987).
E.g., see R. J. Rivers, “Path Integral Methods in Quantum Field Theory” (Cambridge University Press, 1987).
S. V. Panyukov and A. D. Zaikin,Phys. Rev. Lett. 67, 3168 (1991).
F. Guinea and G. Schön,J. Low Temp. Phys. 69, 219 (1987).
J. R. Kirtley, S. Washburn and D. J. Scalapino,Phys. Rev. B 45, 336 (1992).
P. Xiong, G. Xiao and R. B. Laibowitz,Phys. Rev. Lett. 71, 1907 (1993).
J. R. Kirtley, C. D. Tesche, W. J. Gallagher, A. W. Kleisasser, R. L. Sandstrom, S. I. Raider and M. P. A. Fisher,Phys. Rev. Lett. 61, 2372 (1988).
G. Schön and A. D. Zaikin,Phys. Rev. B 40, 5231 (1989).
A. D. Zaikin and S. V. Panyukov,Zh. Eksp. Teor. Fiz. 94, 172 (1988) [Sov. Phys. JETP 67, 2487 (1988)].
A. D. Zaikin, in “Quantum Fluctuations in Mesoscopic and Macroscopic Systems,” H. A. Cerdeira, F. Guinea Lopez and U. Weiss, eds. (World Scientific, 1991), p. 255.
R. Brown and E. Šimánek,Phys. Rev. B 34, 2957 (1986).
R. Brown and E. Šimánek,Phys. Rev. B 45, 6069 (1992).
E. Ben-Jacob, E. Mottola and G. Schön,Phys. Rev. Lett. 51, 2064 (1983).
A. N. Cleland, J. M. Schmidt and J. Clarke,Phys. Rev. B 45, 2950 (1992).
A. D. Zaikin,J. Low Temp. Phys. 88, 373 (1992).
S. Kobayashi,Surf. Sci. Reports 16, 1 (1992).
D. B. Haviland, Y. Liu and A. M. Goldman,Phys. Rev. Lett. 62, 2180 (1989).
L. J. Geerligs, in “Physics of Nanostructures,” J. H. Davies and A. R. Long, eds. (IOP publishing, 1992).
M. Graybeal and M. R. Beasley,Phys. Rev. B 29, 4167 (1984).
S. J. Lee and J. B. Ketterson,Phys. Rev. Lett. 64, 3078 (1990).
J.-X. Liu, J.-C. Wan, A. M. Goldman, Y. C. Chang and P. Z. Jiang,Phys. Rev. Lett. 67, 2195 (1991).
H. M. Jaeger, D. B. Haviland, B. G. Orr and A. M. Goldman,Phys. Rev. B 40, 182 (1989).
E. L. Wolf, “Principles of Electron Tunneling Spectroscopy” (Oxford University Press, New York, 1985).
S. Kobayashi,Physica B 152, 223 (1988).
E.g., see W. M. Moreau, “Semiconductor Lithography,” (Plenum, 1988).
I. Haller, R. Feder, M. Hatzakis and E. Spiller,J. Electrochem. Soc. 126, 154 (1979).
M. Hatzakis,J. Vac. Sci. Technol. 16, 1984 (1979).
T. Suhara, K. Okada, T. Saso and H. Nishihara,IEEE Photonics Tech. Lett. 4, 903 (1992).
M. P. A. Fisher,Phys. Rev. Lett. 65, 923 (1990).
Y. V. Nazarov,Zh. Eksp. Teor. Fiz. 95, 975 (1989) (Sov. Phys. JETP 68, 561 (1989)).
M. H. Devoret, D. Esteve, H. Grabert, G.-L. Ingold, H. Pothier and C. Urbina,Phys. Rev. Lett. 64, 1824 (1990).
S. M. Girvin, L. I. Glazman, M. Jonson, D. R. Penn and M. D. Stiles,Phys. Rev. Lett. 64, 3183 (1990).
A. A. Odintsov, G. Falci and G. Schön,Phys. Rev. B 44, 13089 (1991).
A. N. Cleland, J. M. Schmidt and J. Clarke,Phys. Rev. Lett. 64, 1565 (1990).
R. S. Germain, in “Experimental Techniques in Condensed Matter Physics at Low Temperatures,” R. C. Richardson and E. N. Smith, eds. (Addison-Wesley, 1988), p. 145.
K. K. Likharev, N. S. Bakhvalov, G. S. Kazacha and S. I. Serdyukova,IEEE Trans. Magn. 25, 1436 (1989).
N. S. Bakhvalov, G. S. Kazacha, S. I. Serdyukova and K. K. Likharev,Zh. Eksp. & Teor. Fiz. 95, 1010 [Sov. Phys. JETP 68, 581].
U. Geigenmüller and G. Schön,Europhys. Lett. 10, 765 (1989).
P. Delsing, K. K. Likharev, L. S. Kuzmin and T. Claeson,Phys. Rev. Lett. 63, 1180 (1989).
A. Kanda, S. Katsumoto, F. Komori and S. Kobayashi,J. Phys. Soc. Jpn. 61, 1871 (1992).
P. Delsing, K. K. Likharev, L. S. Kuzmin and T. Claeson,Phys. Rev. Lett. 63, 1861 (1989).
R. Fazio and G. Schön,Phys. Rev. B 43, 5307 (1991).
P. Minnhagen,Rev. Mod. Phys. 59, 1001 (1987).
V. L. Berezinskii,Zh. Eksp. Teor. Fiz. 59, 907 (1970) [Sov. Phys. JETP 32, 493 (1971)].
J. M. Kosterlitz and D. J. Thouless,J. Phys. C 6, 1181 (1973).
T. P. Orlando, J. E. Mooij and H. S. J. van der Zant,Phys. Rev. B 43, 10218 (1991).
B. J. van Wees,Phys. Rev. B 44, 2264 (1991).
B. J. van Wees,Phys. Rev. Lett. 64, 255 (1990).
B. Reznik and Y. Aharonov,Phys. Rev. D 40, 4178 (1989).
U. Eckern and A. Schmid,Phys. Rev. B 39, 6441 (1989).
H. S. J. van der Zant, F. C. Fritschy, T. P. Orlando and J. E. Mooij,Phys. Rev. Lett. 66, 2531 (1991).
W. J. Elion, J. J. Wachters, L. L. Sohn and J. E. Mooij,Phys. Rev. Lett. 71, 2311 (1993).
Y. Aharonov and A. Casher,Phys. Rev. Lett. 53, 319 (1984).
H. S. J. van der Zant, F. C. Fritschy, T. P. Orlando and J. E. Mooij,Phys. Rev. B 47, 295 (1993).
R. Fazio, A. van Otterlo and G. Schön,Europhys. Lett. 25, 453 (1994).
E. Abrahams, P. W. Anderson, D. C. Licciardello and T. V. Ramakrishnan,Phys. Rev. Lett. 42, 673 (1979).
J. E. Mooij, B. J. van Wees, L. J. Geerligs, M. Peters, R. Fazio and G. Schön,Phys. Rev. Lett. 65, 645 (1990).
T. S. Tighe, M. T. Tuominen, J. M. Hergenrother and M. Tinkham,Phys. Rev. 47, 1145 (1993).
P. Delsing, T. Claeson, K. K. Likharev and L. S. Kuzmin,Phys. Rev. B 42, 7439 (1990).
R. Yamada, S. Katsumoto and S. Kobayashi,J. Phys. Soc. Jpn. 62, 2229 (1993).
A. Kanda, Thesis for doctor of science, University of Tokyo (1994).
R. Yamada, private communication.
R. M. Bradley and S. Doniach,Phys. Rev. B 30, 1138 (1984).
E. Fradkin and L. Susskind,Phys. Rev. D 17, 2637 (1978).
J. Villain,J. Phys. 36, 581 (1975).
A. Kampf and G. Schön,Phys. Rev. B 36, 3651 (1987).
S. E. Korshunov,Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 45, 342 (1987) [JETP Lett. 45, 434 (1987)].
S. E. Korshunov,Europhys. Lett. 9, 107 (1989),ibid 9, 839 (1989).
S. E. Korshunov,Zh. Eksp. Teor. Fiz. 95, 1058 (1989) [Sov. Phys. JETP 68, 609 (1989)].
M. P. A. Fisher,Phys. Rev. B 36, 1917 (1987).
W. Zwerger,Europhys. Lett. 9, 421 (1989).
S. V. Panyukov and A. D. Zaikin,J. Low Temp. Phys. 75, 361 (1989).
S. V. Panyukov and A. D. Zaikin,J. Low Temp. Phys. 75, 389 (1989).
P. A. Bobbert, R. Fazio and G. Schön,Phys. Rev. B 41, 4009 (1990).
A. Kanda, S. Katsumoto and S. Kobayashi, unpublished.
M. P. A. Fisher and W. Zwerger,Phys. Rev. B 32, 6190 (1985).
W. Zwerger,Phys. Rev. B 35, 4737 (1987).
V. Ambegaokar and A. Baratoff,Phys. Rev. Lett. 10, 486 (1963);ibid 11, 104 (1963).
R. P. Feynman and F. L. Vernon,Ann. Phys. 24, 118 (1963); p. 161 in Ref. 3.
S. Katsumoto and S. Kobayashi,Physica B 194, 1123 (1994).
D. G. Naugle, R. E. Glover III and W. Moormann,Physica 55, 250 (1971).
A. D. C. Grassie, D. B. Green and A. Benyon,Physica 55, 243 (1971).
R. C. Dynes, J. P. Garno and J. M. Rowell,Phys. Rev. Lett. 40, 479 (1978).
A. F. Ioffe and A. R. Regel,Prog. Semicond. 4, 237 (1960).
H. M. Jaeger, D. B. Haviland, A. M. Goldman and B. G. Orr,Phys. Rev. B 34, 4920 (1986).
A. E. White, R. C. Dynes and J. P. Garno,Phys. Rev. B 33, 3549 (1986).
R. C. Dynes, A. E. White, J. M. Graybeal and J. P. Garno,Phys. Rev. Lett. 57, 2195 (1986).
J. M. Valles, Jr., R. C. Dynes and J. P. Garno,Phys. Rev. B 40, 6680 (1989).
N. Nishida, S. Okuma and A. Asamitsu,Physica B 107, 487 (1991).
J. M. Valles, Jr., A. E. White, K. T. Short, R. C. Dynes, J. P. Garno, A. F. J. Levi, M. Anzlowar and K. Baldwin,Phys. Rev. B 39, 11599 (1989).
T. Wang, K. M. Beauchamp, D. D. Berkley, B. R. Johnson, J.-X. Liu, J. Zhang and A. M. Goldman,Phys. Rev. B 43, 8623 (1991).
S. Tanda, M. Honma and T. Nakayama,Phys. Rev. B 43, 8725 (1991).
S. Kobayashi, Y. Tada and W. Sasaki,J. Phys. Soc. Jpn. 49, 2075 (1980).
S. Kobayashi and F. Komori,J. Phys. Soc. Jpn. 57, 1884 (1988).
S. Kobayashi, A. Nakamura and F. Komori,J. Phys. Soc. Jpn. 59, 4219 (1990).
R. Yamada, S. Katsumoto and S. Kobayashi,J. Phys. Soc. Jpn. 61, 2656 (1992).
S. Okuma, H. Konagai and N. Nishida,J. Phys. Soc. Jpn. 60, 4017 (1991).
T. V. Ramakrishnan,Phys. Scr. T 27, 24 (1989).
B. Mühlschlegel, D. J. Scalapino and R. Denton,Phys. Rev. B 6, 1767 (1972).
S. Kobayashi, T. Takahashi and W. Sasaki,J. Phys. Soc. Jpn. 36, 714 (1974).
M. Ma, B. I. Halperin and P. A. Lee,Phys. Rev. B 34, 3136 (1986).
M. P. A. Fisher, G. Grinstein and S. M. Girvin,Phys. Rev. Lett. 64, 587 (1990).
R. Ferrell and B. Mirhashem,Phys. Rev. 38, 8703 (1988).
S. Chakravarty, G. L. Ingold, S. Kivelson and A. Luther,Phys. Rev. Lett. 56, 2303 (1986).
S. Chakravarty, G. L. Ingold, S. Kivelson and G. Zimanyi,Phys. Rev. B 37, 3283 (1988).
S. Chakravarty, S. Kivelson, G. T. Zimanyi and B. I. Halperin,Phys. Rev. B 35, 7256 (1987).
C. J. Lobb, D. W. Abraham and M. Tinkham,Phys. Rev. B 27, 150 (1983).
J. José,Phys. Rev. B 29, 2836 (1984).
E. Šimánek and K. Stein,Physica A 129, 40 (1984).
R. Fazio, G. Falci and G. Giaquinta,Sol. St. Communication 71, 275 (1989).
R. A. Webb, R. F. Voss, G. Grinstein and P. M. Horn,Phys. Rev. Lett. 51, 690 (1983).
D. B. Haviland, H. M. Jaeger, B. G. Orr and A. M. Goldman,Phys. Rev. B 40, 719 (1989).
D. C. Harris, S. T. Herbert, D. Stroud and J. C. Garland,Phys. Rev. Lett. 67, 3606 (1991).
R. F. Voss and R. A. Webb,Phys. Rev. B 25, 3446 (1982).
L. G. Geerligs, M. Peters, L. E. M. de Groot, A. Verbruggen and J. E. Mooij,Phys. Rev. Lett. 63, 326 (1989).
H. S. J. van der Zant, H. A. Rijken and J. E. MooijJ. Low Temp. Phys. 82, 67 (1991).
E. Granato and J. M. Kosterlitz,Phys. Rev. Lett. 65, 1267 (1990).
H. S. J. van der Zant, L. J. Geerligs and J. E. Mooij,Europhys. Lett. 19, 541 (1992).
H. S. J. van der Zant, F. C. Fritschy, W. J. Elion, L. J. Geerligs and J. E. Mooij,Phys. Rev. Lett. 69, 2971 (1992).
S. Maekawa, H. Ebisawa and H. Fukuyama,J. Phys. Soc. Jpn. 52, 1352 (1983).
M. P. A. Fisher, P. B. Weichman, G. Grinstein and D. S. Fisher,Phys. Rev. B 40, 546 (1989).
M. P. A. Fisher and D. H. Lee,Phys. Rev. B 39, 2756 (1989).
M. Cha, M. P. A. Fisher, S. M. Girvin, M. Wallin and A. P. Young,Phys. Rev. B 44, 6883 (1991).
B. I. Spivak and S. A. Kivelson,Phys. Rev. B 43, 3740 (1991).
A. F. Hebard and M. A. Paalanen,Phys. Rev. Lett. 65, 927 (1990).
C. D. Chen, P. Delsing, D. B. Haviland, Y. Harada and T. Claeson, submitted toPhys. Rev. Lett.
Y. Liu, K. A. McGeer, B. Nease, D. B. Haviland, G. Martinez, J. W. Halley and A. M. Goldman,Phys. Rev. Lett. 67, 2068 (1991).
M. Makivić, N. Trivedi and S. Ullah,Phys. Rev. Lett. 71, 2307 (1993).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Katsumoto, S. Single-electron tunneling and phase transitions in granular films. J Low Temp Phys 98, 287–349 (1995). https://doi.org/10.1007/BF00752273
Received:
Revised:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00752273