Evidence for a Dual-Source Mechanism of THz Radiation from Rectangular Mesas of Single Crystalline \bm{$\mathrm{Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+δ}}$} Intrinsic Josephson Junctions
Graduate School of Pure & Applied Sciences, University of Tsukuba（筑波大学理工学群）；Department of Physics, University of Central Florida（中佛罗里达大学物理系）
Kazuo Kadowaki, Manabu Tsujimoto, Kazuhiro Yamaki, Takashi Yamamoto, Takanari Kashiwagi, Hidetoshi Minami, Masashi Tachiki, Richard A. Klemm
发表信息：
J. Phys. Soc. Jpn., vol. 79, no. 2, p. 023703, 2010
The THz radiation emitted from rectangular mesas of single-crystal $\mathrm{Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+δ}}$ was studied using angular distribution measurements and Fourier transform infrared spectroscopy. Unlike the recent theoretical predictions, the results provide strong evidence for a dual-source mechanism in which the uniform and non-uniform parts of the $ac$-Josephson current act as electric and magnetic current sources, respectively. The latter synchronizes with cavity modes of the mesa with integral harmonics of the fundamental radiation.
Comment on Counterintuitive consequence of heating in strongly driven intrinsic junctions of Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$ mesas
在最近的论文[Phys.Rev.B 81，224518（2010）]中，C. Kurter等人分析了大面积Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$（Bi-2212）台面结构中的强自加热效应。他们的结论是，当台面被加热到超导临界温度$T_c$时，台面中的$dI/dV$电导峰出现。进一步，他们将这一说法推广到所有台面，包括用于本征隧道光谱（ITS）的更小、更好的热锚定台面。在这里，我表明，他们的结论不成立，既不为以前报道的数据，甚至为自己的台地;非常遥远的外推ITS是无效的。我还指出了一些前后矛盾和误导性的提法。
Local SiC photoluminescence evidence of non-mutualistic hot spot formation and sub-THz coherent emission from a rectangular Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$ mesa
从均匀覆盖在高转变温度$T_c$超导体Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$的矩形台面上的SiC微晶的光致发光，直接测量了台面中$N\sim10^3$本征约瑟夫森结（IJs）同时亚太赫兹发射时的局部表面温度$T({\bm r})$.在高偏置电流$I$和低浴温度$T_{\rm bath}\lesssim~35$ K下，具有$T({\bm r})> T_c$的大椭圆热点的中心急剧跳跃，而电流-电压特性变化很小。热点不改变无处不在的初级和次级发射条件：交流约瑟夫森关系和电磁腔共振激发，分别。由于在不存在热点的低$I$偏置状态下，对于高$T_{\rm bath}\gtrsim~50$ K观察到强烈的亚太赫兹发射，热点不能提供用于增加输出功率、可调谐性或用于促进用于亚太赫兹发射的$N$ IJJ的同步的主要机制，但最多可以与发射非相互共存。未观察到$T({\bm r})$驻波。
Theory of Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$ Cross-Whisker Josephson Junctions
Takano { \it等人} [Phys. Rev. B { \bf 65}，140513（2002）和未公开]由Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$的单晶晶须围绕$c$轴交叉一个角度$ϕ_0$制成约瑟夫森结。从在交叉晶须界面处形成的台面结构，他们推断出临界电流密度$J_c(ϕ_0)$。类似于Li { \it et al.}的单晶结果，[Phys. Rev. Lett. { \bf 83}，4160（1999）]，我们表明晶须数据不太可能由主要d波序参量产生。然而，与单晶不同，这些结果如果正确，则需要晶须c轴传输是相干的。
Design aspects of Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$ THz sources: optimization of thermal and radiative properties
阻抗匹配和热管理是影响THz源性能的重要因素。在这项工作中，我们分析了这种设备的台面结构的基础上的层状高温超导体Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$的热和辐射特性。两种类型的设备被认为是，包含一个传统的大单晶，或晶须。我们进行了各种几何配置和参数的数值模拟，并与实验数据的两种类型的设备进行比较。结果表明，超导体和电极的结构和几何形状都起着重要的作用。在基于晶体的器件中，晶体和电极之间的重叠导致出现大的寄生电容，这分流了THz发射并阻止了与开放空间的阻抗匹配。在基于须的设备中避免了重叠。此外，晶须和电极形成旋转门（交叉偶极子）天线，促进良好的阻抗匹配。与基于晶体的器件相比，这导致基于晶须的器件中的辐射功率效率的数量级增强。这些结果与实验数据吻合良好。
Comment on `Intrinsic tunnelling spectroscopy of Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$: The junction-size dependence of self-heating'[Phys.Rev.B 73, 224501 (2006)]
Comparative analysis of tunneling magnetoresistance in low-$T_c$ Nb/AlAlOx/Nb and high-$T_c$ Bi$_{2-y}$Pb$_y$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$ intrinsic Josephson junctions
本文详细地比较了传统的低$T_c$ Nb/AlAlOx/Nb结和稍过掺杂的Bi $_{2-y}$ Pb $_y$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$ [Bi（Pb）-2212]本征约瑟夫森结的磁隧穿特性，并进行了微观计算。据发现，这两种类型的路口表现在一个定性相似的方式。磁场和温度都以状态守恒的方式抑制超导性。这导致了隧道磁阻的特征符号从子带隙处的负值变为和带隙处的正值。我们推导出理论和实验验证的磁隧穿特性的标度律，并采用它们精确提取的上临界场$H_{c2}$。对于Nb，在$H_{c2}<H<H_{c3}$观察到一个扩展的表面超导电性区域。通过自洽分析不同偏压、耗散功率和不同台面尺寸下的磁隧穿数据，得到了Bi（Pb）-2212的参数，排除了自加热的影响。发现Bi（Pb）-2212的$H_{c2}(0)$为$\simeq 70$ T，并在$T\rightarrow T_c$处显著降低。在$T>T_c/2$处，子隙磁电阻的幅度呈指数级抑制，但在$T_c$以上，子隙磁电阻的幅度仍然为负，尽管非常小。这可能表明存在一个扩展的波动区域，然而，这并不破坏一般的二阶类型的相变在$T_c$。
Geometrical Resonance Conditions for THz Radiation from the Intrinsic Josephson Junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+d
Institute of Materials Science, Graduate School of Pure & Applied Sciences, University of Tsukuba（筑波大学纯理学研究科物质材料科学研究所）；Department of Physics, University of Central Florida（中佛罗里达大学物理系）
Microwave distribution in stacked Bi$_{2}$Sr$_{2}$CaCu$_{2}$O$_{8+x}$ intrinsic Josephson junctions in a transmission-line geometry
研究了矩形叠层（15 $μ$ m $\times$ 0.72 $μ$ m $\times$ 60 nm）$_{2}$ $_{2}$ $_{2}$ O $_{8+x}$本征约瑟夫森结（IJs）内的微波分布。该堆叠被微制造成传输线几何形状，其中几百nm厚的Au层沉积在堆叠的顶部和底部。通过测量不同微波功率下W波段IJs隧穿临界电流的异常抑制来监测微波分布。这种技术可以提供有价值的信息的微波传输模式内的夹层堆叠的IJs，这是非常重要的高频器件应用，使用IJs，如磁通流太赫兹振荡器。
Nonlinear c-axis transport in Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+d) from two-barrier tunneling
基于$_2$ CaCuPDMATHABMM O $_{8+δ}$台面在正常态下的本征隧穿谱所观察到的特殊性质，我们推广了c轴输运的正常态双势垒模型[M. Giura等人，Phys. Rev. B { \bf 68}，134505（2003）]中的方法来分析$dI/dV$曲线。我们已经发现，纯正常态模型再现了以下所有实验特征：（a）高$T$区域中$dI/dV$的抛物线$V$依赖性（高于常规的赝能隙温度），（b）来自这种抛物线行为的“峰”的出现和几乎与电压无关的位置降低了温度，以及（c）绝对$dI/dV$曲线在特征电压$V^\times$处的交叉。我们的研究结果表明，传统的隧道可以在起源的大多数不寻常的功能的c轴运输在Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$。我们已经比较了我们的计算在严重欠掺杂和轻微欠掺杂的Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$小台面的实验数据。我们发现数据和计算值之间有很好的一致性，在垂直尺度上计算的dI/dV没有任何变化。特别是，在正常状态下（高于$T^\ast$），简单隧穿定量地再现了实验dI/dV。低于$T^\ast$的定量差异仅限于通过因子$\sim$ 2对理论曲线中的电压进行简单的重新缩放。需要这样的修改仍然是一个悬而未决的问题，这可能是连接到一个变化的一部分的载流子跨越赝间隙开口的电荷。
THz emission from intrinsic Josephson junctions at zero magnetic field via breather auto-oscillations
提出了一种在零磁场下利用空间均匀堆叠的约瑟夫森结产生强高频电磁波的新机制。交流约瑟夫森效应将直流偏置电压转换成交流超电流，然而，在没有约瑟夫森相位差的空间变化的情况下，不提供发射电磁波所需的直流到交流功率转换。在这里，我证明，在几何共振条件下，空间均匀性的相位可以自发地打破呼吸（绑定磁通反磁通对）的外观，促进有效的直流到交流功率转换。提出的机制解释了最近观察到的大面积Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+x}$台面结构的太赫兹辐射的所有主要功能。
Strong polaritonic interaction between flux-flow and phonon resonances in Bi2Sr2CaCu2O8+x intrinsic Josephson junctions: Angular dependence and the alignment procedure
Bi 2Sr 2CaCu 2 O 8 +x单晶代表在金属CuO 2-Ca-CuO 2和离子绝缘SrO-2BiO-SrO层之间形成的原子尺度本征约瑟夫森结的自然堆叠。绝缘层中的电致伸缩效应通过交流约瑟夫森效应导致c轴声子的激发。在这里，我们实验研究之间的相互作用和速度匹配（Eck）的电磁共振的磁通流状态的小台面结构与c轴光学声子。报道了一种非常强的相互作用强相互作用，这种相互作用导致由红外和拉曼激活的横光学声子形成声子-极化激元。在这项工作中的一个特别的重点是对共振的角度依赖性的分析。我们描述了一个准确的样品对准过程，防止入侵的Abrikosov涡流场高达17特斯拉，这是必不可少的，以实现高品质的共振在创纪录的高频率高达13太赫兹。
Comparative study of macroscopic quantum tunneling in Bi_2Sr_2CaCu_2O_y intrinsic Josephson junctions with different device structures
研究了两种器件结构的$_2$ $_2$ O $_y$本征约瑟夫森结（IJJ）的宏观量子隧穿（MQT）.一种是只有两个或三个IJJ的纳米厚小台面结构，另一种是在窄桥结构上堆叠数百个IJJ。实验结果表明，对于单约瑟夫森结，从零电压状态开始的第一次开关事件的开关电流分布与传统理论吻合较好，表明前一种器件结构从热激活到MQT区的交叉温度与后一种器件结构一样高。结合MQT机制中量子化能级之间的多光子跃迁的观察，这些结果强烈地表明，所观察到的MQT行为是高$T_c$铜酸盐中单个IJJ所固有的，与器件结构无关。从第一电阻状态的第二切换事件的切换电流分布，这是仔细区分从第一切换，也比较了两个器件结构之间。尽管在热传递环境的差异，两个设备的第二切换事件被发现显示出类似的温度无关的行为高达比第一切换的交叉温度高得多的温度。我们认为，它不能解释的自加热由于耗散电流后的第一次切换。作为可能的候选者，MQT过程的第二开关和电子温度的有效增加，由于准粒子注入进行了讨论。
Time-resolved synchronization analysis of stacked intrinsic Josephson junctions of a cuprate superconductor with frequency-modulated terahertz radiation spectra
Kyoto University（京都大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）
