Microscopic nonequilibrium theory of double-barrier Josephson junctions

We study nonequilibrium charge transport in a double-barrier Josephson junction, including nonstationary phenomena, using the time-dependent quasiclassical Keldysh Green's function formalism. We supplement the kinetic equations by appropriate time-dependent boundary conditions and solve the time-dependent problem in a number of regimes. From the solutions, current-voltage characteristics are derived. It is understood why the quasiparticle current can show excess current as well as deficit current and how the subgap conductance behaves as function of junction parameters. A time-dependent nonequilibrium contribution to the distribution function is found to cause a non-zero averaged supercurrent even in the presence of an applied voltage. Energy relaxation due to inelastic scattering in the interlayer has a prominent role in determining the transport properties of double-barrier junctions. Actual inelastic scattering parameters are derived from experiments. It is shown as an application of the microscopic model, how the nature of the intrinsic shunt in double-barrier junctions can be explained in terms of energy relaxation and the opening of Andreev channels.Comment: Accepted for Phys. Rev.

Mechanisms of Spontaneous Current Generation in an Inhomogeneous d-Wave Superconductor

A boundary between two d-wave superconductors or an s-wave and a d-wave superconductor generally breaks time-reversal symmetry and can generate spontaneous currents due to proximity effect. On the other hand, surfaces and interfaces in d-wave superconductors can produce localized current-carrying states by supporting the T-breaking combination of dominant and subdominant order parameters. We investigate spontaneous currents in the presence of both mechanisms and show that at low temperature, counter-intuitively, the subdominant coupling decreases the amplitude of the spontaneous current due to proximity effect. Superscreening of spontaneous currents is demonstrated to be present in any d-d (but not s-d) junction and surface with d+id' order parameter symmetry. We show that this supercreening is the result of contributions from the local magnetic moment of the condensate to the spontaneous current.Comment: 4 pages, 5 figures, RevTe

Quasiclassical Theory of Spontaneous Currents at Surfaces and Interfaces of d-Wave Superconductors

We investigate the properties of spontaneous currents generated at surfaces and interfaces of d-wave superconductors using the self-consistent quasiclassical Eilenberger equations. The influence of the roughness and reflectivity of the boundaries on the spontaneous current are studied. We show that these have very different effects at the surfaces compared to the interfaces, which reflects the different nature of the time reversal symmetry breaking states in these two systems. We find a signature of the ``anomalous proximity effect'' at rough d-wave interfaces. We also show that the existence of a subdominant order parameter, which is necessary for time reversal symmetry breaking at the surface, suppresses the spontaneous current generation due to proximity effect at the interface between two superconductors. We associate orbital moments to the spontaneous currents to explain the ``superscreening'' effect, which seems to be present at all ideal d-wave surfaces and interfaces, where d_{xy} is the favorite subdominant symmetry.Comment: 13 pages, 17 postscript figure

Works in the NSC KIPT on the creation and application of the CPA laser system

A CPA laser system with an output power of 10¹⁰ W is presented, which at the final stage will be brought to a power close to 10 TW. The areas of its application are described, the results of the supercontinuum investigation on photonic crystal fibers and other samples are presented. A technique and device for manufacturing biconical fibers for the purpose of obtaining a supercontinuum on them has been developed. Different schemes of accelerators, including those on chips and surface electromagnetic waves, have been proposed.Представлена СРА-лазерна система з вихідною потужністю 10¹⁰ Вт, яка на завершальному етапі буде доведена до потужності, близької до 10 ТВт. Описано області її застосування, представлені результати дослідження суперконтинуума на фотонно-кристалічних волокнах і на інших зразках. Розроблено методику та пристрій для виготовлення біконічних волокон з метою отримання на них суперконтинуума. Запропоновано різні варіанти можливого застосування СРА-лазерних систем для дослідження схем перспективних прискорювачів, в тому числі на чіпах і на поверхневих електромагнітних хвилях.Представлена СРА-лазерная система с выходной мощностью 10¹⁰ Вт, которая на завершающем этапе будет доведена до мощности, близкой к 10 ТВт. Описаны области ее применения, представлены результаты исследования суперконтинуума на фотонно-кристаллических волокнах и на других образцах. Разработана методика и устройство для изготовления биконических волокон с целью получения на них суперконтинуума. Предложены различные варианты возможного применения СРА-лазерных систем для исследования схем перспективных ускорителей, в том числе на чипах и на поверхностных электромагнитных волнах

Works in the NSC KIPT on the creation and application of the CPA laser system

A CPA laser system with an output power of 10¹⁰ W is presented, which at the final stage will be brought to a power close to 10 TW. The areas of its application are described, the results of the supercontinuum investigation on photonic crystal fibers and other samples are presented. A technique and device for manufacturing biconical fibers for the purpose of obtaining a supercontinuum on them has been developed. Different schemes of accelerators, including those on chips and surface electromagnetic waves, have been proposed.Представлена СРА-лазерна система з вихідною потужністю 10¹⁰ Вт, яка на завершальному етапі буде доведена до потужності, близької до 10 ТВт. Описано області її застосування, представлені результати дослідження суперконтинуума на фотонно-кристалічних волокнах і на інших зразках. Розроблено методику та пристрій для виготовлення біконічних волокон з метою отримання на них суперконтинуума. Запропоновано різні варіанти можливого застосування СРА-лазерних систем для дослідження схем перспективних прискорювачів, в тому числі на чіпах і на поверхневих електромагнітних хвилях.Представлена СРА-лазерная система с выходной мощностью 10¹⁰ Вт, которая на завершающем этапе будет доведена до мощности, близкой к 10 ТВт. Описаны области ее применения, представлены результаты исследования суперконтинуума на фотонно-кристаллических волокнах и на других образцах. Разработана методика и устройство для изготовления биконических волокон с целью получения на них суперконтинуума. Предложены различные варианты возможного применения СРА-лазерных систем для исследования схем перспективных ускорителей, в том числе на чипах и на поверхностных электромагнитных волнах

Single photon emitters based on Ni/Si related defects in single crystalline diamond

We present investigations on single Ni/Si related color centers produced via ion implantation into single crystalline type IIa CVD diamond. Testing different ion dose combinations we show that there is an upper limit for both the Ni and the Si dose 10^12/cm^2 and 10^10/cm^2 resp.) due to creation of excess fluorescent background. We demonstrate creation of Ni/Si related centers showing emission in the spectral range between 767nm and 775nm and narrow line-widths of 2nm FWHM at room temperature. Measurements of the intensity auto-correlation functions prove single-photon emission. The investigated color centers can be coarsely divided into two groups: Drawing from photon statistics and the degree of polarization in excitation and emission we find that some color centers behave as two-level, single-dipole systems whereas other centers exhibit three levels and contributions from two orthogonal dipoles. In addition, some color centers feature stable and bright emission with saturation count rates up to 78kcounts/s whereas others show fluctuating count rates and three-level blinking.Comment: 7 pages, submitted to Applied Physics B, revised versio

Development of alternatives for accelerating structure in the range of intermediate proton energy

A scope of the linear accelerating structures for acceleration proton high rower beams in energy range 5… 100 MeV is presented. Main task lies in a possibility to use superconductive equipment. The results are given for +original desgn of accelerating structures of alternating segments being excited on E11-wave on π/2-mode. A possibility is discussed about the use of focusing blocks with the RF–quadrupoles which uniformly fit into the chain of accelerating cells.Приводиться огляд розробок конструкцій структур лінійних прискорювачів протонів з високою потужністю пучка в діапазоні енергій 5...100 МеВ. Основна вимога полягає в можливості використання надпровідної техніки. Описані результати оригінальних розробок прискорюючої структури типу зустрічних сегментів, що збуджується на Е11-хвилі, а також можливість застосування фокусуючих блоків з ВЧ-квадруполями, які однорідно вписуюються в цепочку прискорюючих комірок.Приводится обзор разработок конструкций структур линейных ускорителей протонов с большой мощностью пучка в диапазоне энергий 5...100 МэВ. Главная задача заключается в возможности использования сверхпроводящей техники. Описаны результаты оригинальных разработок ускоряющей структуры типа встречных сегментов, возбуждаемой на Е11-волне, и возможность применения фокусирующих блоков с ВЧ – квадруполями, которые однородно вписываются в цепочку ускоряющих ячеек

The use of electron linacs for detection of C-, N-, O- containing substances

The detection of concealed explosives (CE) has presently become the burning problem for the mankind. In particular, the problem is related to both clearing the open country of plastic mines and the detection of any CE, drugs, etc. The creation of compact 60...100 MeV electron accelerators makes it possible to produce sharply directed bremsstrahlung beams. For identification of ¹⁴N nuclei as main CE constituents, the following reactions are used with production of ¹²B and ¹²N. Electrons were accelerated up to energies between 22 and 40 MeV at a pulse length of 3.8 µs, a pulse-repetition frequency from 6.25 to 50 Hz, and a pulse current of ~20 mA. The bremsstrahlung gamma-rays were detected by a NaJ(TL) detector. Carbamide [(NH₂)₂CO] was used as a nitrogen target. For identification of ¹²N and ¹²B decay curves were measured. The signal/noise was 5. Results suggest the conclusion that the present method of detecting CE and C-,N-,O- containing substances has encouraging prospects.Проблема виявлення прихованих вибухових речовин (ВР) придбала в даний час для людства надзвичайну актуальність. Це пов'язано з розмінуванням на відкритій місцевості безкорпусних мін і виявленням ВР будь-якого типу в тому числі й інших речовин, що містять C-,N-,O-. Створення компактних прискорювачів електронів з енергією 60...100 МеВ дозволяє одержати вузькоспрямовані пучки гальмівних γ-квантів. Для ідентифікації ядер ¹⁴N - основного компонента ВР використовуються реакції з утворенням ¹²В і ¹²N. Електрони прискорювалися до енергій 22...40 МеВ, при тривалості імпульсу 3,8 мкс, частоті проходження від 6,25 до 50 Гц і току в імпульсі ~20 мА. Гальмівне γ-випромінювання реєструвалося детектором Na(Tl). Як азотна мішень використовувався карбамід [(NH₂)₂CO]. Для ідентифікації ¹²В і ¹²N були обмірювані криві розпаду. Співвідношення сигнал/шум складало 5. Результати дозволяють зробити висновок, що даний засіб виявлення ВР і інших речовин, що містять C-,N-,O-, має підбадьорюючі перспективи.Проблема обнаружения скрытых взрывчатых веществ (ВВ) приобрела в настоящее время для человечества чрезвычайную актуальность. Это связано с разминированием на открытой местности бескорпусных мин и обнаружением ВВ любого типа, в том числе и других C-, N-, O- -содержащих веществ. Создание компактных ускорителей электронов с энергией 60...100 МэВ позволяет получить узконаправленные пучки тормозных γ-квантов. Для идентификации ядер ¹⁴N – основного компонента ВВ, используются реакции с образованием ¹²В и ¹²N. Электроны ускорялись до энергий 22...40 МэВ, при длительности импульса 3,8 мкс, частоте следования от 6,25 до 50 Гц и токе в импульсе ~20 мА. Тормозное γ–излучение регистрировалось детектором NaI(Tl).В качестве азотной мишени использовался карбамид [(NH₂)₂CO]. Для идентификации ¹²В и ¹²N были измерены кривые распада. Соотношение сигнал/шум составляло 5. Результаты позволяют сделать вывод, что данный способ обнаружения ВВ и других C-,N-,O- -содержащих веществ имеет обнадеживающие перспективы

Dynamics of fluctuations in a fluid below the onset of Rayleigh-B\'enard convection

We present experimental data and their theoretical interpretation for the decay rates of temperature fluctuations in a thin layer of a fluid heated from below and confined between parallel horizontal plates. The measurements were made with the mean temperature of the layer corresponding to the critical isochore of sulfur hexafluoride above but near the critical point where fluctuations are exceptionally strong. They cover a wide range of temperature gradients below the onset of Rayleigh-B\'enard convection, and span wave numbers on both sides of the critical value for this onset. The decay rates were determined from experimental shadowgraph images of the fluctuations at several camera exposure times. We present a theoretical expression for an exposure-time-dependent structure factor which is needed for the data analysis. As the onset of convection is approached, the data reveal the critical slowing-down associated with the bifurcation. Theoretical predictions for the decay rates as a function of the wave number and temperature gradient are presented and compared with the experimental data. Quantitative agreement is obtained if allowance is made for some uncertainty in the small spacing between the plates, and when an empirical estimate is employed for the influence of symmetric deviations from the Oberbeck-Boussinesq approximation which are to be expected in a fluid with its density at the mean temperature located on the critical isochore.Comment: 13 pages, 10 figures, 52 reference

Nonequilibrium electron cooling by NIS tunnel junctions

We discuss the theoretical framework to describe quasiparticle electric and heat currents in NIS tunnel junctions in the dirty limit. The approach is based on quasiclassical Keldysh-Usadel equations. We apply this theory to diffusive NIS'S tunnel junctions. Here N and S are respectively normal metal and superconductor reservoirs, I is an insulator layer and S' is a nonequilibrium superconducting lead. We calculate the quasiparticle electric and heat currents in such structures and consider the effect of inelastic relaxation in the S' lead. We find that in the absence of strong relaxation the electric current and the cooling power for voltages $eV < \Delta$ are suppressed. The value of this suppression scales with the diffusive transparency parameter. We ascribe this suppression to the effect of backtunneling of nonequilibrium quasiparticles into the normal metal.Comment: 12 pages, 6 figures, proceedings, to be published in JLT