Mesa structures made of Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ high-temperature superconductor represent stacks of atomic scale intrinsic Josephson junctions. When voltage is applied to such mesas, they can generate various types of waves (photons, phonons, polaritons, magnons, plasmons) in a variety of different ways. In this talk I will overview both Josephson and non-Josephson mechanisms of emission, including the standard ac-Josephson effect for emission of electromagnetic waves [1], segnetoelectric effect for emission of phonons and polaritons [2] and non-equilibrium quasiparticle relaxation and recombination for emission of any type of bosons, having strong electron-boson interaction and participating in pairing [3]. Those effects are important both for applied research, e.g., creation of tunable, compact, continuous wave and monochromatic THz source with a frequency span in the whole THz gap region and beyond 0.1-15 THz [1,2], and for fundamental understanding of the mechanism of pairing in high-temperature superconductors [3].
References:
[1] E. A. Borodianskyi and V.M. Krasnov, Josephson emission with frequency span 1–11 THz from small Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ mesa structures, Nature Commun. 8, 1742 (2017).
[2] S. O. Katterwe, H. Motzkau, A. Rydh, and V. M. Krasnov, Coherent generation of phonon-polaritons in Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+x intrinsic Josephson junctions, Phys. Rev. B 83, 100510(R) (2011).
[3] V.M. Krasnov, S.O. Katterwe, & A. Rydh, Signatures of the electronic nature of pairing in high-Tc superconductors obtained by non-equilibrium boson spectroscopy, Nature Commun. 4, 2970 (2013).

Изучался сверхток в квази-одномерных джозефсоновских контактах, слабая связь в которых обладает магнитными свойствами за счет магнитных примесей или ферромагнетизма. Если длина слабой связи превышает магнитную длину распаривания, то стационарный эффект Джозефсона определяется мезоскопическими флуктуациями. Мы находим ток-фазовую характеристику таких контактов и ее статистические свойства (в смысле зависимости от случайной реализации примесного беспорядка). Рассматривался случай прозрачных границ, в котором важен обратный эффект близости, в то время как прямой эффект близости подавлен магнетизмом слабой связи. Найдено, что в ток-фазовой зависимости присутствуют все гармоники. При этом амплитуды и фазовые сдвиги разных гармоник не скоррелированы. В зависимости от типа магнитных свойств система может оказаться в режиме $\varphi_0$- или $\varphi$- контакта. Получена полная статистика сверхтока для произвольных соотношений между температурой, сверхпроводящей щелью и энергией Таулесса слабой связи.

Исследованы частотные и пространственные корреляции собственных функций и уровней энергии в модели Андерсона на случайных регулярных графах (RRG) в критической точке и в делокализованной фазе. В делокализованной фазе, наблюдаемые величины характеризуются широкой критической областью с кроссовером к эргодическому поведению в системах размера больше критической длины. Изучение корреляторов позволяет непосредственно пронаблюдать критическую длину. Кроссовер между критическим поведением и эргодическим режимом довольно необычен, так как критическое поведение характеризуется логарифмически медленной динамикой, а делокализованная фаза - экспоненциально быстрой (что видно, например, в зависимости вероятности возврата от времени). Исследована связь между результатами точной диагонализации, и результатам полу-аналитического подхода, основанного на анализе седлового решения суперсимметричного действия для RRG. Наконец, показано, как полученные результаты могут быть поняты в интерпретации регулярного графа как предела d-мерного гиперкубе в большой пространственной размерности.

Вычислена локальная комплексная проводимость и обусловленный ею поверхностный импеданс на диффузной границе кирального p-волнового сверхпроводника. Именно киральное p-волновое состояние считается наиболее вероятным в сверхпроводящем рутенате стронция Sr₂RuO₄. Оно анизотропное и при этом полностью щелевое (модуль параметра порядка фиксирован, а фаза зависит от направления). Мы рассматриваем отклик на внешнее электромагнитное поле как на подщелевых, так и на надщелевых частотах. Изучены аномальные особенности поверхностного импеданса, связанные с генерацией вблизи границы нечётных по частоте сверхпроводящих корреляций (состояние типа сверхпроводимости Березинского). Теоретические результаты сопоставлены с измерениями поверхностного импеданса Sr₂RuO₄, проведёнными в ИФТТ. Наблюдается качественное согласие теории и эксперимента.
Доклад основан на работе S. V. Bakurskiy, Ya. V. Fominov, A. F. Shevchun, Y. Asano, Y. Tanaka, M. Yu. Kupriyanov, A. A. Golubov, M. R. Trunin, H. Kashiwaya, S. Kashiwaya, and Y. Maeno, "Local impedance on a rough surface of a chiral p-wave superconductor", Phys. Rev. B 98, 134508 (2018); https://arxiv.org/pdf/1807.11735.pdf

Проведено теоретическое сопровождение экспериментов по измерению эффекта сверхпроводящего спинового клапана в системе типа FFS (где F — ферромагнетик, S — сверхпроводник). Эффект состоит в том, что критическая температура T_c системы зависит от взаимной ориентации намагниченностей двух ферромагнетиков. В эксперименте в качестве среднего F слоя был взят сплав Гейслера Co₂Cr_1-xFe_xAl, и это позволило усилить эффект (разность T_c при параллельной и антипараллельной ориентации) по сравнению с ранее исследованными системами с железом. Знак эффекта зависит от толщины слоя. Теория объясняет полученные результаты. Усиление эффекта оказывается связано с уменьшенной величиной обменного поля в сплаве Гейслера.
Доклад основан на следующих работах:
[1] A. Kamashev, A. Validov, N. Garif’yanov, Ya. Fominov, P. Leksin, J. Schumann, J. Thomas, V. Kataev, B. Büchner, I. Garifullin, "Isolation of proximity-induced triplet pairing channel in a superconductor/ferromagnet spin valve", EPJ Web of Conferences 185, 08001 (2018).
[2] A.A. Kamashev, A.A. Validov, J. Schumann, V. Kataev, B. Büchner, Ya.V. Fominov, I.A. Garifullin, "Increasing the performance of a superconducting spin valve using a Heusler alloy", Beilstein J. Nanotechnol. 9, 1764 (2018).

We report the experimental manifestation of even-odd parity effects in the transport characteristics of insulating Josephson junction chains, which occur as the superconducting gap is suppressed by applied magnetic fields at millikelvin temperatures. The primary signature is a non-monotonic dependence of the critical voltage, Vc, for the onset of charge transport through the chain, with the parity crossover indicated by a maximum of Vc at the parity field B*, We also observe a distinctive change in the transport characteristics across the parity transition, indicative of Cooper-pair dominated transport below B*, giving way to single-electron dominated transport above B*, For fields applied in the plane of the superconducting aluminum films, the parity effect is found to occur at the field, B*||, such that the superconducting gap equals the single-electron charging energy, Δ(B*||)=EC. On the contrary, the parity effect for perpendicularly applied fields can occur at relatively lower fields, B*⊥≃ 2Φ0/AI, depending only on island area, AI. In this case, the parity effect occurs in sync with formation of the single-vortex state of the islands in the chain. Our results suggest a novel explanation for the insulating peak observed in disordered superconducting films and one-dimensional strips patterned from such films, which occurs at a finite magnetic field.