Time-dependent phenomena in weakly-coupled superconductors

Summary

Two superconducting systems joined by a weak link present a great variety of phenomena which are not totally explained by the Josephson formulation. In this paper we give a general theory of the phenomena observed in these systems when time-dependent effects are taken into account. The formulation, presented as an application of the boson method in superconductivity, is derived from first principles in the framework of a microscopic theory. Our results show the appearance of harmonic and subharmonic steps in theI-V characteristic of the system; the presence or not of subharmonic steps is essentially determined by the geometry of the system. The existence of subharmonic terms in a.c. effects is shown to be strongly related to the diffraction pattern presented by theI _c -H curves in d.c. experiments performed on the same sample. A comparison of the usual theory and the present formulation is discussed.

Riassunto

Due sistemi superconduttori uniti da un legame debole presentano una grande varietà di fenomeni che non sono tutti spiegati dalla formulazione di Josephson. In questo articolo si espone una teoria generale dei fenomeni osservati in questi sistemi quando si tiene conto degli effetti dipendenti dal tempo. La formulazione, presentata come un’applicazione del metodo bosonico alla superconduttività, è dedotta dai principi fondamentali nel contesto di una teoria microscopica. I nostri risultati mostrano la eomparsa di passaggi armonici e sottoarmonici nella caratteristicaI-V del sistema; la presenza o l’assenza di passaggi sottoarmonici è determinata essenzialmente dalla geometria del sistema. Si dimostra che l’esistenza di termini sottoarmonici negli effetti di c.a. è fortemente legata all’andamento diffrattivo presentato dalle curve I_c -H negli espetimenti in c.c. effettuati sullo stesso campione. Si discute il confronto fra la teoria usuale e la presente formulazione.

РЕжУМЕ

ДВЕ сВЕРкпРОВОДьЩИЕ сИстЕМы, сОЕДИНЕННыЕ слАБОИ сВьжьУ, пРЕДст АВльУт БОльшОЕ РАжНО ОБРАжИЕ ьВлЕНИИ, кОтОРыЕ НЕ МО гУт Быть пОлНОстьУ ОБ ЩьсНЕНы ьВлЕНИИ, кОтОРыЕ НЕ МО гУт Быть пОлНОстьУ ОБ ЩьсНЕНы В ФОРМАлИжМЕ ДжОжЕФсО НА. B ЁтОИ РАБОтЕ Мы ДАЕ М ОБЩУУ тЕОРИУ ьВлЕНИИ, НАБлУ ДАЕМых В ЁтИк сИстЕМА х, кОгДА УЧ ФОРМАлИжМЕ ДжОжЕФсО НА. B ЁтОИ РАБОтЕ Мы ДАЕ М ОБЩУУ тЕОРИУ ьВлЕНИИ, НАБлУ ДАЕМых В ЁтИк сИстЕМА х, кОгДА УЧИтыВАУтсь ЁФФЕкты, жАВИсьЩИЕ От ВРЕМЕНИ. тЕОРИУ ьВлЕНИИ, НАБлУ ДАЕМых В ЁтИк сИстЕМА х, кОгДА УЧИтыВАУтсь ЁФФЕкты, жАВИсьЩИЕ От ВРЕМЕНИ. УЧИтыВАУтсь ЁФФЕкты, жАВИсьЩИЕ От ВРЕМЕНИ. B РАМкАх МИкРОскОпИЧecк ОИ тЕОРИИ Иж пЕРВых пР ИНцИпОВ ВыВОДИтсь ФОРМАлИжМ, пРЕДстАВльУЩИИ пРИМ ЕНЕНИЕ БОжОННОгО МЕт ОДА В сВЕРхпРОВОДИМОстИ. Н АшИ РЕжУльтАты ОБНАРУжИВАУт пОьВлЕ НИЕ гАРМОНИЧЕскИх И сУБгАРМОНИЧЕскИх ск АЧкОВ В I-V хАРАктЕРИстИкЕ сИст ЕМы. НАлИЧИЕ ИлИ ОтсУт стВИЕ сУБгАРМОНИЧЕскИх ск АЧкОВ сУЩЕстВЕННыМ О БРАжОМ жАВИсИт От гЕОМЕтРИИ сИстЕМы. пОкАжыВАЕтс ь, ЧтО жАВИсИт От гЕОМЕтРИИ сИстЕМы. пОкАжыВАЕтс ь, ЧтО сУЩЕстВОВАНИЕ сУЩЕстВОВАНИЕ сУБгАРМОНИЧЕскИх Чл ЕНОВ В ЁФФЕктАх пРИ пЕ РЕМЕННОМ тОкЕ сИльНО сВьжАНО с ДИФФРАкцИОННОИ кАРт ИНОИ, пРЕДстАВлЕННОИ НА 10 Н к РИВых В ЁкспЕРИМЕНтА х пРИ пРЕДстАВлЕННОИ НА 10 Н к РИВых В ЁкспЕРИМЕНтА х пРИ пОстОьННОМ тОкЕ, ВьшО лНЕННых НА тОМ жЕ ОБРА жцЕ. пРОВОДИтсь сРАВНЕНИ Е пРЕДлОжЕННОгО ФОРМ АлИжМА c ОБыЧНОИ тЕОРИЕИ. ОБыЧНОИ тЕОРИЕИ.