量子涡旋链中的相变

我们考虑具有小电容的准一维约瑟夫森结阵列中相互作用的涡旋。如果结的充电能量与约瑟夫森能量同量级，系统中超导序参量的涨落显著，涡旋表现为量子粒子。其密度可通过外磁场调节，因此可以控制一维涡旋晶格与约瑟夫森结晶格的公度性。我们证明，涡旋的量子本质与涡旋间长程相互作用的协同效应导致一维涡旋晶格中存在特定的公度-非公度相变。在公度相中，基本激发是孤子，其能量与基态之间存在有限能隙。该能隙在非公度相中消失。每个孤子携带一个磁通量子的分数；孤子的传播导致阵列的有限电阻。我们求得了电阻激活能对磁场和约瑟夫森阵列参数的依赖关系。该能量由上述能隙以及一个边界钉扎项组成，后者在公度相和非公度相中不同。所发展的理论使我们能够定量解释现有的实验数据。