Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 9, Numéro 1, janvier 1974
Page(s) 135 - 144
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0197400901013500
Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 135-144 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:0197400901013500

Electromagnetic properties of the Dayem bridge

M. T. Levinsen

Physics Laboratory I, H. C.-Ørsted Institute, University of Copenhagen, Denmark


Abstract
The first measurements on the Dayem bridge showed that the behaviour in an applied microwave field was quite different from that of the Josephson tunnel junction. Measurements on bridges one magnitude smaller later showed this difference to result from the bridge size. A very simple equivalent circuit was furthermore shown to characterize these small bridges. Analog computer calculations on this circuit will be compared to experimental results. At high temperatures a rounding of steps and supercurrent presumably due to noise is observed. A comparison with the theory of Ambegaokar and Halperin will be presented. At low temperatures a hysteresis develops. This may result from the bridge capacitance which also may give rise to subharmonic steps. However, the magnitude (1 pF) inferred from the hysteresis is too small to account for the subharmonic steps actually observed. In contrast to other types of junctions the bridge is mechanically very robust. We have therefore been interested in the applicability of the bridge. An upper limit to the sensitivity to 10 GHz radiation has been found in terms of NEP to 9 × 10-14 W/√Hz. Furthermore, we have demonstrated that mixing via the Josephson effect is possible. The power dependence of the sum and difference steps is in fair agreement with analog computer calculations on the equivalent circuit. It has been debated whether the bridge radiates at all. By the observation of a cavity induced step we have now established that bridges do radiate.


Résumé
Les premières mesures faites sur les ponts de Dayem montraient que leur comportement dans un champ hyperfréquence était tout à fait différent de ceux des jonctions Josephson mais d'autres mesures effectuées sur des ponts plus petits ont prouvé que cette différence était due aux dimensions des ponts. Nous avons imaginé un circuit équivalent très simple pour caractériser ces ponts de petites dimensions et avons comparé les résultats obtenus par simulation sur un calculateur analogique aux résultats expérimentaux. A haute température un arrondissement des marches et un supercourant vraisemblablement dû au bruit sont observés. Nous comparons nos résultats à ceux donnés par la théorie d'Ambegaokar et d'Halperin. A basse température un phénomène d'hystérésis se développe, il est vraisemblablement dû à la capacité du pont qui donne aussi naissance à des sous-harmoniques, toutefois la valeur de cette capacité (1 pF) est insuffisante pour rendre compte des sous-harmoniques observés. Les microponts réalisés sont mécaniquement très robustes ce qui n'est pas le cas des autres types de jonctions. Nous nous sommes en outre intéressés aux applications de ces microponts, utilisés comme détecteurs à 10 GHz nous avons trouvé une sensibilité de 9 × 10-14 W/Hz-1/2 et nous avons montré qu'un mélange par effet Josephson était possible. La puissance correspondante aux fréquences de mélange est en bon accord avec les résultats obtenus en simulant le circuit équivalent sur un calculateur analogique. Nous avons montré en observant des marches self-induites dans la caractéristique que les microponts rayonnent.

PACS
8525A - Superconducting device characterization, design, and modeling.

Key words
Superconductor circuit -- Electric bridges -- Microwave field -- Equivalent circuits -- Analog calculus -- Hysteresis -- Voltage current curve -- Subharmonic -- Background noise -- Dayem effect