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

Локалізовані хвилі у зразках шаруватого надпровідника

Рубрика: 
ВАКУУМНА ТА ТВЕРДОТІЛЬНА ЕЛЕКТРОНІКА
Апостолов, CC, Кадигроб, ДВ, Майзеліс, ЗО, Рохманова, ТМ, Шматько, ОО, Ямпольський, ВО
Organization: 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна
E-mail: stapos@ukr.net, yam@ire.kharkov.ua 

Харківський національний університет імені В. Н. Каразина
4, м. Свободи, Харків, 61077, Україна
https://doi.org/10.15407/rej2018.04.055
Мова: російська
Анотація: 

Предмет і мета роботи. У цьому огляді обгово-рюється поширення електромагнітних хвиль, локалізованих поблизу межі зразка шаруватого надпровідника
з шарами, що паралельні або перпендикулярні його поверхні. Узагальнюються, класифікуються і доповнюються результати, отримані у низці робіт з дослід-ження закону дисперсії таких хвиль. Завдяки сильній анізотропії та нелінійності джозефсонівської плазми в шаруватих надпровідниках, локалізовані хвилі можуть мати незвичайні дисперсійні властивості, а їх збудження може супроводжуватися незвичайними резонансними явищами.

Методи та методологія роботи. Електромагнітне поле в шаруватому надпровіднику визначається розподілом калібрувально-інваріантної різниці фаз параметра порядку, яка задовольняє системі зв'язаних синусоїдальних рівнянь Гордона. На підставі рішення цих рівнянь, а також рівнянь Максвелла в діелектричному оточенні, можуть бути отримані дисперсійні співвідношення для локалізованих електромагнітних мод.

Результати роботи. У зразках шаруватого надпровідника, шари якого паралельні його межі, можуть поширюватися як поверхневі хвилі, так і хвильові моди, що мають нормальну дисперсію. Для зразків, у яких шари перпендикулярні межі, закон дисперсії залежить від кута поширення хвиль відносно надпровідних шарів. У цій роботі вперше показано, що хвилі, локалізовані в пластині шаруватого надпровідника, мають аномальну дисперсію для всіх напрямків, крім поширення строго уздовж шарів. Дисперсійні криві для таких хвиль можуть мати точки максимуму та/або мінімуму, що може призводити до нетривіальних ефектів (наприклад, до зупинки світла або внутрішнього віддзеркалення). Також у роботі обговорюється збудження локалізованих хвиль і незвичайні резонансні явища, що виникають при цьому.

Висновки. Завдяки сильній анізотропії та нелінійності шаруватого надпровідника закони дисперсії для хвиль, локалізованих як у півнескінченних зразках, так і в пластинах, мають ряд цікавих особливостей, що призводять до нових явищ, важливих для застосування у фізиці терагерцового діапазону.
Ключові слова: аномальна дисперсія, локалізовані хвилі, шаруватий надпровідник

Стаття надійшла до редакції 01.10.2018
PACS: 52.35.Mw, 73.20.Mf, 74.72.-h
УДК 535.42, 537.8
Radiofiz. elektron. 2018, 23(4): 55-66
Повний текст (PDF)

References: 
  1. Kamihara Y., Hiramatsu H., Hirano M., Kawamura R., Yanagi H., Kamiya T., Hosono H. Iron-based layered superconductor: LaOFeP. J. Am. Chem. Soc. 2006. Vol. 128, N 31. P. 10012–10013. DOI:https://dx.doi.org/ 10.1021/ja063355c
  2. 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
  3. Wait J. R. Electromagnetic Wave Theory. New York: Harper and Row, 1985. 308 p.
  4. Mills D. L. Nonlinear optics: basic concepts. Berlin: Springer, 1998. 263 p.
  5. Rajaraman R. Solitons and Instantons: An Introduction to Solitons and Instantons in Quantum Field Theory. Amsterdam: North-Holland, 1987. 418 p.
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. Kleiner R. Filling the Terahertz Gap. Science. 2007. Vol. 318, Iss. 5854. P. 1254–1255. DOI: https://dx.doi.org/ 10.1126/ science.1151373
  10. 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, Iss. 2. P. 026501 (9 p.). DOI:https://doi.org/10.1088/ 0034-4885/73/2/026501
  11. Yampol’skii V. A., Kats A. V., Nesterov M. L., Niki-tin A. Yu., Slipchenko T. M., Savel’ev S., Nori F. Reso-nance effects due to the excitation of surface Josephson plasma waves in layered superconductors. 2009. Phys. Rev. B. Vol. 79, Iss. 21. P. 214501 (8 p.). DOI:https:// doi.org/10.1103/PhysRevB.79.214501
  12. 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
  13. Slipchenko T. M., Kadygrob D. V., Bogdanis D., Yampol'skii V. A., Krokhin A. A. Surface and waveguide Josephson plasma waves in slabs of layered superconductors. Phys. Rev. B. 2011. Vol. 84, Iss. 22. P. 224512 (8 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 84.224512
  14. Apostolov S. S., Maizelis Z. A., Sorokina M.A., Yampol'skii V. A. Nonlinear wood anomalies in the reflectivity of layered superconductors. Low Temp. Phys. 2010. Vol. 36, Iss. 3. P. 255–261. DOI:https://doi.org/ 10.1063/1.3331418
  15. Averkov Yu. O., Yakovenko V. M., Yampol’skii V. A., Nori F. Conversion of Terahertz Wave Polarization at the Boundary of a Layered Supercondutor due to the Resonance Excitation of Oblique SurfaceWaves. Phys. Rev. Lett. 2012. Vol. 109, Iss. 2. P. 027005 (5 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.027005
  16. 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
  17. Yampol'skii V. A., Gulevich D. R., Savel'ev S., Nori F. Surface plasma waves across the layers of intrinsic Josephson junctions. Phys. Rev. B. 2008.Vol. 78, Iss. 5, P. 054502 (4 p.). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 78.054502
  18. Kadygrob D. V., Golick V. A., Yampol'skii V. A., Slipchenko T. M., Gulevich D. R., Savel'ev S. Excitation of surface plasma waves across the layers of intrinsic Josephson junctions. Phys. Rev. B. 2009. Vol. 80, Iss. 18. P. 184512 (10 p.). DOI:https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.80.184512
  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. Apostolov S. S., Kadygrob, D. V., Maizelis Z. A., Nikolaenko A. A., Shmat'ko, A. A., Yampol’skii V. A. Normal and anomalous dispersion of weakly nonlinear localized modes in plate of layered superconductor. Radiofiz. elektron. 2017. Vol. 22, Iss. 4. P. 31–38. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2017.04.031
  21. Apostolov S. S., Kadygrob D. V., Maizelis Z. A., Nikolaenko A. A., Yampol’skii V. A. Nonlinear localized modes in a plate of a layered superconductor. Low Temp. Phys. 2018. Vol. 44, Iss. 3. P. 238–246. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5024544
  22. Rokhmanova T., Apostolov S. S., Kvitka N., Yam-pol’skii V. A. Effect of a dc magnetic field on the anomalous dispersion of localized josephson plasma modes in layered superconductors. Low Temp. Phys. 2018. Vol. 44, Iss. 6. P. 552–560. DOI:https://doi.org/ 10.1063/1.5037558
  23. Apostolov S. S., Makarov N. M., Yampol’skii V. A. Excitation of terahertz modes localized on a layered superconductor: Anomalous dispersion and resonant transmission. Phys. Rev. B. 2018. Vol. 97, Iss. 2. P. 024510 (11 p.). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 97.024510
  24. 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 
  25. ​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