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Dynamique de phase dans les jonctions Josephson


Dynamique de phase dans les jonctions Josephson

De petits changements dans les conditions initiales peuvent produire des réponses très différentes, de sorte que le comportement des jonctions Josephson semble souvent imprévisible.


(a) Schéma de l’échappement de l’état supraconducteur à l’état dissipatif en régime non-stationnaire : la phase peut relaxer et ensuite s’échapper (cercle bleu), ou directement franchir la barrière de potentiel (cercle rouge). L’échappement du puits de potentiel correspond à la transition vers l’état dissipatif, donc à l’apparition d’une tension finie au bord de la jonction. (b) Diagramme de phase calculé numériquement. L’attracteur (bleu) correspond à l’état supraconducteur (voir figure a), alors que les courbes en noir correspondent à l’état dissipatif. Si l’échappement est prématuré, la trajectoire reste proche de la séparatrice (rouge). (c) Pour des fréquences de polarisation comparables avec le temps de relaxation de la phase, la probabilité d’échappement est bimodale à cause de la bifurcation. Lorsque la fréquence augmente, la transition prématurée devient de plus en plus probable. (d) La probabilité de transition prématurée, N1 en fonction de la fréquence de rampe pour trois jonctions différentes (markers). Le temps de montée correspond au temps de relaxation de la phase. Il est obtenu à partir d’un fit exponentiel (courbe noire).

Le système que nous avons étudié est une jonction Josephson - deux petites pièces de supraconducteur collées à travers une fine couche d’isolant ou métal. Dans un supraconducteur, tous les électrons forment une seule onde caractérisée par une phase. Le courant électrique non-dissipatif à travers une jonction Josephson est alors une fonction non linéaire de la différence entre les deux phases des supraconducteurs de part et d’autre de la jonction. Nous avons démontré une nouvelle manière de parvenir au régime caractéristique des oscillateurs non linéaires : la bifurcation. La jonction Josephson polarisée par le courant peut être dans l’état supraconducteur ou non supraconducteur. Dans le régime stationnaire, elle ne peut pas atteindre ces deux états à partir d’un même point : elle se trouvera dans l’un ou l’autre en fonction du point de départ. Nous montrons que si l’on excite le système rapidement, la probabilité de saut entre les deux états est finie. En faisant varier la fréquence d’excitation, et en mesurant la probabilité de saut, on détermine ainsi directement le temps de relaxation de phase comme dans une expérience pompe sonde. Ce temps est limité par la dissipation, et fixe la « durée » de la cohérence de phase dans la jonction, c’est-à-dire le temps pendant lequel cette phase est bien définie.

Contact : Marco Aprili

I. Petković and M. Aprili, Phys. Rev. Lett. 102, 157003 (2009)