ИСТИНА

Мезоскопические устройства на основе джозефсоновских переходов имеют широкий спектр перспективных применений – высокочувствительные приёмники сигналов, квантовые медицинские сенсоры и элементы цепей перспективной сверхпроводниковой электроники нового поколения, обеспечивающей работу на высоких частотах с минимальной тепловой диссипацией. Неравновесные явления часто имеют место в подобных устройствах вследствие их режимов работы, а также того факта, что масштабы размеров структур сравнимы с характерными длинами релаксации неравновесных процессов. В сверхпроводниковой электронике появление неравновесных квазичастиц является паразитным явлением [1], в то время как в сверхпроводящих болометрах и детекторах излучения [2, 3] на неравновесных эффектах основано функционирование. В связи с этим, исследование неравновесных явлений в джозефсоновских структурах является актуальной и востребованной задачей. В настоящей работе исследовалось подавление критического тока за счёт непосредственного манипулирования состояниями, несущими сверхток, с помощью инжекции электронов в мезоскопическом SNS-переходе Al-Cu-Al, имеющем несколько нормальных и сверхпроводящих электродов, присоединенных к берегам джозефсоновского перехода. В подобных структурах протекание бездиссипативного джозефсоновского тока объясняется механизмом андреевского отражения. Критический ток зависит от занятия электронами связанных андреевских состояний [4]. Инжекция электронов приводит к изменению плотности состояний, несущих сверхток (SCDOS), а также вызывает отклонение данного распределения от равновесного, задаваемого функцией распределения Ферми f_0 (ϵ) (Рис 1 (д)) [5,6]. При этом происходит заполнение состояний, ответственных за бездиссипативный ток противоположного направления, и освобождение ранее занятых состояний, что приводит к подавлению критического тока [5, 6]. Исследуемые структуры были изготовлены с помощью электронной литографии на двойном резисте и последующего теневого напыления. Транспортные измерения проводились в He-3 криостате Oxford Heliox VL при температурах до 300 мК с использованием прецизионного источника тока и нановольтметра. Для минимизации наводок подключение осуществлялось с использованием витых пар через низкотемпературные RC-фильтры. Квазичастичная инжекция осуществлялась током, пропускаемым с одного из двух нормальных контактов через всю SNS структуру (рис. 1 (а)). Было обнаружено, что с увеличением тока инжекции наблюдается снижение критического тока джозефсоновского перехода, вплоть до полного его подавления (рис. 1 (б)). При равных токах инжекции подавление критического тока сильнее выражено для инжектора, ближнего к переходу. Кроме того, при инжектировании через ближний контакт наблюдается инвертирование критического тока (поведение, аналогичное пи-контакту), что вызывается полным перераспределением носителей на состояния, связанные с прохождением тока противоположного направления [5,6]. Разница между двумя инжекторами, предположительно, объясняется неравномерным распределением квазичастиц в структуре (их большей концентрацией ближе к инжектору). Подобные эффекты впервые наблюдались в настоящем исследовании для SNS-переходов рассматриваемой геометрии с отделёнными инжекторами, по сравнению с [5,6]. Управляемый критический ток и получение пи-контакта без использования ферромагнетиков в перспективе могут быть применены в устройствах джозефсоновской электроники и логических цепях на основе сверхпроводников. Дальнейшее теоретическое описание наблюдаемых эффектов позволит расширить имеющиеся представления о физике неравновесных процессов в сверхпроводниках.