Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 9, Numéro 1, janvier 1974
Page(s) 297 - 297
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0197400901029700
Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 297-297 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:0197400901029700

Absorption spectroscopy via the I-V curve of a Josephson junction

B.S. Deaver

Physics Department, University of Virginia Charlottesville, Virginia 22901, USA


Abstract
The fact that characteristic features appear on the I-V curves of Josephson junctions coupled electromagnetically to various circuit elements offers the possibility of a type of absorption spectroscopy by coating a small amount of sample on a weak-link and observing the structure induced on the I-V curve. The weak-link then acts as both source and detector. By observing d V/dI and d2V/d I2 vs V for Nb point contacts coated with a material with an absorption at 13.9 cm-1 we have observed features at V = 0.85 mV corresponding to interaction of the sample with the Josephson oscillation. However the I-V curves of point contacts exhibit a profusion of structure not related to the sample. By observing all the structure as a function of temperature it is possible to identify three general types of features : 1. Features that vary like Δ(T), the BCS gap function, and occurring at V = 2 Δ/ne, n an integer, the subharmonic structure. 2. Features that vary linearly with T4 and that correspond to relaxation oscillations of the weak-link coupled to antenna modes of the point contact. 3. Features that do not vary appreciably with temperature and that correspond to interaction with the sample material. All these features can be described using simple lumped parameter models of the weak-link. Thin film bridges appear to offer more promise for useful measurements on sample materials. We are studying various types of weakly linked films, primarily ones formed by implanting Fe into Nb films using an ion accelerator.


Résumé
Des éléments de circuits couplés électromagnétiquement à une jonction Josephson font apparaître sur les courbes I-V des caractéristiques particulières. En plaçant l'échantillon à étudier sur une jonction à couplage faible, et en observant la structure induite sur les courbes I-V, on réalise un type particulier de spectromètre à absorption. La jonction joue à la fois le rôle de source et de détecteur. Un échantillon ayant une raie d'absorption à 13,9 cm-1 placé sur un contact à pointe de Nb fait apparaître, sur les courbes dV/dI et d2V/dI 2 tracées en fonction de V, des structures à V = 0,85 mV qui correspondent à l'interaction du matériau avec l'oscillateur Josephson. Elles se superposent sur les courbes I-V des contacts à pointe à celles qui n'ont aucun rapport avec l'échantillon. En observant toutes ces structures en fonction de la température, il est possible de distinguer 3 familles : 1. Des structures qui varient comme Δ(T), (le gap de la théorie BCS) et qui apparaissent pour V = 2 Δ/ne, n entier. 2. Des structures qui varient comme T4 et qui correspondent à des oscillations de relaxation de la jonction couplée aux modes de rayonnement du contact. 3. Des structures sensiblement indépendantes de la température et qui correspondent à l'interaction avec le matériau. Tous ces états peuvent être décrits en utilisant un modèle de jonction à couplage faible et à paramètres localisés. Les microponts en couche mince semblent plus adaptés à ces mesures. Nous étudions divers types de microponts en particulier ceux formés par implantation d'ion de fer dans un film de Nb, au moyen d'un accélérateur d'ions.

PACS
0757 - Infrared, submillimeter wave, microwave and radiowave instruments and equipment.
8525C - Josephson devices.

Key words
Absorption spectroscopy -- Josephson junctions -- IV characteristic -- Point contacts -- Temperature dependence -- Relaxation oscillation -- Superconducting microbridges -- Weak-coupling model