• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

НОРМАЛЬНАЯ И АНОМАЛЬНАЯ ДИСПЕРСИЯ СЛАБОНЕЛИНЕЙНЫХ ЛОКАЛИЗОВАННЫХ МОД В ПЛАСТИНЕ СЛОИСТОГО СВЕРХПРОВОДНИКА

Апостолов, CC, Кадыгроб, ДВ, Майзелис, ЗA, Николаенко, АA, Шматько, АА, Ямпольский, ВА
Organization: 

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина

 

Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61022, Украина

E-mail: yam@ire.kharkov.ua

https://doi.org/10.15407/rej2017.04.031
Язык: русский
Аннотация: 

Теоретически исследуются слабонелинейные локализованные электромагнитные моды в пластине слоистого сверхпроводника. Предполагается, что пластина находится в однородном диэлектрическом окружении, сверхпроводящие слои перпендикулярны поверхности пластины, а моды распространяются поперек слоев. Благодаря сильной анизотропии джозефсоновской плазмы в слоис-тых сверхпроводниках, локализованные моды могут обладать необычными дисперсионными свойствами.

Электромагнитное поле в слоистом сверхпроводнике определяется распределением калибровочно-инвариантной разности фаз параметра порядка, которая удовлетворяет системе связанных синусоидальных уравнений Гордона. На основании решения этих уравнений, а также уравнений Максвелла в диэлектрическом окружении, могут быть получены дисперсионные соотношения для локализованных электромагнитных мод.

Установлено, что в определенном диапазоне параметров дисперсия локализованных мод оказывается аномальной. На дисперсионных кривых обнаружены точки, в которых групповая скорость мод может обращаться в нуль. Кроме того, нелинейность приводит к тому, что дисперсионные соотношения содержат амплитуду локализованной моды.

Благодаря тому, что в нелинейном случае дисперсионные соотношения содержат амплитуду локализованной моды, открывается возможность для наблюдения явления остановки света локализованных мод в пластине слоистого сверхпроводника.

Ключевые слова: аномальная дисперсия, локализованные моды, слоистый сверхпроводник

Статья поступила в редакцию 18.10.2017
PACS 52.35.Mw, 73.20.Mf, 74.72.-h​
УДК 535.42, 537.8
Radiofiz. elektron. 2017, 22(4): 31-38
Полный текст (PDF)
 

References: 
  1. Kleiner R., Steinmeyer F., Kunkel G., Muller P. Intrinsic Josephson effects in Bi2Sr2CaCu2O8+d single crystals. Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 68, Iss. 15. P. 2394–2397. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.2394
  2. Brandt E. H. The flux-line lattice in superconductors. Rep. Prog. Phys. 1995. Vol. 58, N 11. P. 1465–1594. DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/58/11/003
  3. Savel'ev S., Yampol'skii V. A., Rakhmanov A. L., Nori F. Terahertz Josephson plasma waves in layered superconductors: spectrum, generation, nonlinear and quantum phenomena. Rep. Prog. Phys. 2010. Vol. 73. P. 026501(49 p.). DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/73/2/026501
  4. Tonouchi M. Cutting-edge terahertz technology. Nat. Photonics. 2007. Vol. 1, Iss. 2. P. 97–105. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.3
  5. Capasso F., Gmachl C., Sivco D. L., Cho A. Y. Quantum Cascade Lasers. Phys. Today. 2002. Vol. 55, Iss. 5. P. 34–40. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1485582
  6. Koshelets V. P., Shitov S. V. Integrated superconducting receivers. Supercond. Sci. Technol. 2000. Vol. 13, Iss. 5. P. R53–R69. DOI: https://doi.org/10.1088/0953-2048/13/5/201
  7. Kleiner R. Filling the Terahertz Gap. Science. 2007. Vol. 318, Iss. 5854. P. 1254–1255. DOI:https://doi.org/10.1126/science.1151373
  8. Mills D. L. Nonlinear optics: basic concepts. Berlin: Springer, 1998. 263 p.
  9. Rajaraman, R. Solitons and Instantons: An Introduction to Solitons and Instantons in Quantum Field Theory. Amsterdam: North-Holland, 1987. 418 p.
  10. Savel'ev S., Rakhmanov A. L., Yampol'skii V. A., Nori F. Analogs of nonlinear optics using Tera-Hertz Josephson plasma waves in layered superconductors. Nat. Phys. 2006. Vol. 2, Iss. 8. P. 521–525. DOI: https://doi.org/10.1038/nphys358
  11. Yampol'skii V. A., Savel'ev S., Slipchenko T. M., Rakhmanov A. L., Nori F. Nonlinear Josephson plasma waves in slabs of layered superconductors. Physica C. 2008. Vol. 468, Iss. 7. P. 499–502. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physc.2007.11.017
  12. Yampol'skii V. A., Slipchenko T. M., Mayzelis Z. A.,  Kadygrob D. V., Apostolov S. S., Savel'ev S. E., Nori F. Hysteretic jumps in the response of layered superconductors to electromagnetic fields. Phys. Rev. B. 2008. Vol. 78, Iss. 18. P. 184504 (6 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.184504
  13. Savel'ev S. E., Yampol'skii V. A., Nori F. Layered superconductors as nonlinear waveguides for terahertz waves. Phys. Rev. B. 2007. Vol. 75, Iss. 18. P. 184503 (8 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.184503
  14. Pendry J. B. Negative Refraction Makes a Perfect Lens. Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 85, Iss. 18. P. 3966–3969. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.3966
  15. Shelby R. A., Smith D. R., Schultz S. Experimental Verification of a Negative Index of Refraction. Science. 2001. Vol. 292. P. 77–79. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1058847
  16. Веселаго В. Г. Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления. Успехи физических наук. 2003. T. 173, № 7. C. 790–794.
  17. Rakhmanov A. L., Yampol'skii V. A., Fan J. A., Capasso F., Nori F. Layered superconductors as negative-refractive-index metamaterials. Phys. Rev. B. 2010. Vol. 81, Iss. 17, P. 075101 (6 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.075101
  18. Golick V.A., Kadygrob D. V., Yampol'skii V. A., Rakhmanov A. L., Ivanov B. A., Nori F. Surface Josephson Plasma Waves in Layered Superconductors above the Plasma Frequency: Evidence for a Negative Index of Refraction. Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 104, Iss. 18. P. 187003 (4 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.187003
  19. Apostolov S. S., Maizelis Z. A., Yampol'skii V. A., Havrilenko V. I. Anomalous dispersion of surface and waveguide modes in layered superconductor slabs. Low Temp. Phys. 2017. Vol. 43, Iss. 2. P. 296–302. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4977740
  20. Averkov Yu. O., Yakovenko V. M., Yampol’skii V. A.,  Nori F. Oblique surface Josephson plasma waves in layered superconductors. Phys. Rev. B. 2013. Vol. 87, Iss. 5. P. 054505 (8 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.054505
  21. Artemenko S. N., Remizov S. V. Stability, collective modes and radiation from sliding Josephson vortex lattice in layered superconductors. Physica C. 2001. Vol. 362, Iss. 1–4. P. 200–204. DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-4534(01)00670-0
  22. Helm Ch., Bulaevskii L. N. Optical properties of layered superconductors near the Josephson plasma resonance. Phys. Rev. B. 2002. Vol. 66, Iss. 9. P. 094514 (23 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.094514
  23. Шмидт В. В. Введение в физику сверхпроводников. Изд. 2-е испр. и доп. Москва: МЦНМО, 2000. 402 с.
  24. Косевич А. М., Ковалев А. С. Введение в нелинейную физическую механику. Киев: Наук. думка, 1989. 304 с.
  25. Ландау Л. Д., Лифшиц E. М. Теоретическая физика. Т. 1. Механика. 5-е изд. Москва: Физматлит, 2004. 224 с.