具有大动力学电感的约瑟夫森结并联阵列中单磁通子的量子动力学

我们提出了对捕获在具有大动力学电感的约瑟夫森结并联阵列(JJPA)中的单个磁通子(MF)的相干量子动力学的理论研究。MF 是携带一个磁通量子 $\Phi_0$ 的拓扑激发。MF 被定量描述为约瑟夫森相位分布中的 $2\pi$-扭结，并且对于具有高动力学电感的 JJPA，这种分布的特征长度（“MF 的尺寸”）急剧减小。通过三个连续约瑟夫森结的约瑟夫森相位来表征此类 MF，我们分析了 MF 量子动力学中的各种相干宏观量子效应。特别地，我们获得了源于单个 MF 在 JJPA 相邻单元之间相干量子隧穿的 MF 能带。能带宽度 $\Delta$ 对约瑟夫森耦合能 $E_J$、充电能 $E_C$ 和单元电感能 $E_L$ 的依赖关系被详细研究。在长线性 JJPA 中，MF 的相干量子动力学表现出衰减量子振荡，其特征频率 $f_{qb}=\Delta/h$。在短环形 JJPA 中，MF 的相干量子动力学表现出由 Aharonov-Casher 相位 $\chi \propto V_g$ 控制的复杂振荡，其中 $V_g$ 是外部施加的栅电压。在存在外部施加的直流偏置 $I$ 的情况下，量子 MF 的弱非相干动力学以宏观 Bloch 振荡的形式实现，导致 JJPA 典型的“鼻形”电流-电压特性。当施加频率为 $f$ 的交流电流时，电流-电压特性在 $I_n=2en f$ 处显示一组等距电流台阶。