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Mar 23, 2024

AC/DC のトポロジー遷移

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10069 (2022) この記事を引用する 862 アクセス数 5 引用指標の詳細 ナノ構造の 3 次元への拡張は主要な研究となっている

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10069 (2022) この記事を引用

862 アクセス

5 引用

メトリクスの詳細

幾何学およびトポロジーに起因する現象により、ナノ構造を 3 次元に拡張することは、凝縮物物理学の主要な研究手段となっています。 この点において、超伝導体 3D ナノアーキテクチャは、磁場の不均一性、マイスナー電流の自明ではないトポロジー、およびトポロジー欠陥の複雑なダイナミクスを特徴としています。 ここでは、変調された輸送電流下での開放超伝導体ナノチューブにおける渦のダイナミクスと秩序パラメーターの位相の滑りにおけるトポロジカル遷移を理論的に研究します。 時間依存のギンツブルグ・ランダウ方程式に基づいて、(i) 管の主要部分が常電導状態または超電導状態にある場合と、(ii) 渦、位相スリップ領域、およびスクリーニング電流により、豊かな FFT 電圧スペクトルが決まります。 我々の発見は、近軸および方位角位相スリップ領域、その分岐および渦との共存など、超伝導オープンナノチューブにおける新しい動的状態を明らかにし、重畳された直流および交流電流刺激によるこれらの状態の制御を可能にする。

三次元 (3D) ナノアーキテクチャは、科学技術のさまざまな領域にわたって重要性を増しています 1、2、3。 それらは、半導体物理学 4,5、磁気学 6,7、フォトニクス 8、マグノニクス 9、プラズモニクス 10、超伝導 11 において大きな注目を集めています。 ロールアップ技術 12 と集束粒子ビーム 13 を使用した直接書き込みナノプリンティングにより、さまざまな複雑な形状の幾何学形状の実現が可能になり、その電子的、光学的、磁気的、輸送特性の研究と新規アプリケーションの開発が可能になります。 全体的な観点から、3D ナノアーキテクチャにおける幾何学およびトポロジーによって引き起こされる現象は、最近、曲線状の半導体、超伝導体、磁性ナノアーキテクチャ、さらには触媒管状マイクロモーターや光導波路について解析されています 1,2。

超伝導においては、曲面幾何学と非自明なトポロジーとのハイブリッド化は、新たな物理学の確立された源である14、15、16、17、18、19、20、21、22。 したがって、自己巻回ナノ膜 23、24、25、26、27、28、29、30 および直接描画 3D ナノアーキテクチャ 31、32 は、理論モデルの検討と、マイスナー電流とトポロジカルの絡み合ったダイナミクスの実験的探索のための興味深いプラットフォームです。超伝導体の秩序パラメータの欠陥（アブリコソフ渦と位相スリップ）。 応用の観点から見ると、ナノスケール超伝導体を 3 次元に拡張することで、量子干渉法 33 におけるフルベクトル場のセンシング、ボロメトリー 28 におけるノイズ等価電力の削減、およびフラックスデバイスの設置面積の削減 32、34 が可能になります。 この点に関して、大きな直流電流35、36、37、38、GHz交流周波数39、40、41、42、および光学/赤外線範囲の光子吸収43、44での磁束輸送は、アプリケーションにとって特に興味深いと思われます。

高周波交流駆動下での渦の動きは、交流振幅と交流周波数の両方によって決定される多種多様な力学領域を示します。 DC 電流駆動下での並進渦運動 45 とは異なり、AC 電流は渦の振動運動を引き起こします 39,46。 しかし、3D マイクロおよびナノ構造における超伝導状態の進化は、これまで DC 電流または AC 電流の領域で別々に研究されてきました 28、31、32、47。 ただし、平面フィルムに関する以前の研究から、DC 刺激と AC 刺激の組み合わせは、DC/AC 量子干渉 48,49、整流された電圧とその反転 50,51、マイクロ波電力の特殊性などの新しい現象を引き起こす可能性があることが知られています。吸収42。 したがって、(dc+ac) 駆動の湾曲した 3D 超伝導体ナノアーキテクチャは、応用の可能性を秘めた新しい物理現象を秘めていると期待されています。