电感耦合本征约瑟夫森结的相位动力学与太赫兹电磁辐射

与库珀对量子隧穿相关的约瑟夫森效应表现为超导相位差与偏置电流和电压之间的非线性关系。许多新现象随之出现，例如在微波照射下约瑟夫森结的直流电流-电压（IV）特性中的夏皮罗台阶，这可用作电压标准。反之，约瑟夫森效应提供了一种通过直流偏置电压产生高频电磁（EM）辐射的独特方法。铜氧化物高温超导体的发现加速了基于原子级密集堆积的本征约瑟夫森结（IJJs）堆叠开发新型电磁波源的努力，因为巨大的超导能隙覆盖了整个太赫兹频段。最近，在 $\rm{Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+\delta}}$ 单晶的台面结构中成功产生了强相干太赫兹辐射，该结构既作为能量增益源又作为谐振腔。随后在理论上发现，由于纳米级结间距和材料中数量级为 $\rm{\mu m}$ 的伦敦穿透深度产生的 IJJs 巨大电感耦合，在耦合 sine-Gordon 系统中稳定了一种新的动力学态，其中响应于约瑟夫森等离子体驻波的相位差中的 $\pm \pi$ 扭结得以发展并沿 c 轴交替堆叠。电感耦合 sine-Gordon 方程的这一新解捕捉了实验观测的重要特征。该理论预测的最优辐射功率比目前可获得的功率大数个数量级，从而表明了该现象的技术相关性。