中文

通过太赫兹场相互作用和BNT铁电势垒系统调控YBCO|BNT|YBCO约瑟夫森结中的超导能隙动力学

超导电性 2026-07-14 v1
作者: Sukhanidhan Singh , Muthukkumaran Karthikeyan , Geoffrey Chanda , Thanayut Kaewmaraya , Pairot Moontragoon , Guoxing Sun , Zongjin Li , Anucha Watcharapasorn
在 arXiv 上查看 ↗ PDF ↗

摘要

将铁电势垒集成到高温约瑟夫森结中为可调超导量子器件提供了一条途径。在这里，我们展示了在YBa2Cu3O7-x (YBCO)/Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT)/YBCO三层结中，包含40 nm铁电BNT势垒的稳健约瑟夫森耦合。通过脉冲激光沉积在SrTiO3衬底上制备外延三层结构，并在宽带太赫兹（THz）辐射（0.5-2.5 THz）下进行研究。在接近约瑟夫森等离子体共振的1.5 THz处，BNT极化在30 K时从33.4增加到46.4 uC/cm2，增强了超导输运。这些结表现出明确定义的零电压超电流分支，临界电流 Ic(T) 在高达60 K时几乎保持不变，并在1.5 THz激发下达到468.2 uA，证明了强的相位相干性。扫描隧道谱显示YBCO/BNT/YBCO中的超导能隙增强（Delta = 1.3 meV），而纯YBCO为（Delta = 1.05 meV），而光导率测量显示电导率和能隙随温度升高而降低，与THz激发下的BCS理论一致。原子力显微镜和X射线反射率证实了均匀的形貌和尖锐的界面，排除了缺陷介导的输运。Ic(B) 的磁场调制表现出典型的Fraunhofer干涉图样，电阻映射显示高耗散和低耗散的交替瓣，表明相干的约瑟夫森隧穿。这些结果确立了约瑟夫森耦合是YBCO/BNT/YBCO结固有的，由BNT势垒的偶极特性和动态THz响应实现。这项研究将BNT确定为下一代高Tc超导量子器件的可行、可调势垒材料。

关键词

约瑟夫森结 铁电势垒 太赫兹辐射 超导能隙 YBCO BNT

引用

@article{arxiv.2607.12394,
  title  = {Systematic modulation of superconducting gap dynamics in YBCO|BNT|YBCO Josephson Junctions through THz field interaction and BNT ferroelectric barrier},
  author = {Sukhanidhan Singh and Muthukkumaran Karthikeyan and Geoffrey Chanda and Thanayut Kaewmaraya and Pairot Moontragoon and Guoxing Sun and Zongjin Li and Anucha Watcharapasorn},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.12394},
  year   = {2026}
}