Сахнюк П. В. Електродинамічні властивості тунельних джозефсонівських контактів з ангармонічною залежністю струму від різниці фаз

Сахнюк П. В. Електродинамічні властивості тунельних джозефсонівських контактів з ангармонічною залежністю струму від різниці фаз. — Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 104 — Фізика та астрономія. — Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, 2026. Дисертацію присвячено вивченню макроскопічної квантової когерентності та розробці теоретичної моделі електродинамічних і магнітних характеристик, нелінійної фазової еволюції та умов виникнення джозефсонівського діодного ефекту в тунельних надпровідних контактах типу SIS. Основний акцент зроблено на системах із високою прозорістю діелектричного бар'єра поблизу критичної температури (Tc). За цих умов довжина когерентності Гінзбурга-Ландау зростає, а просторовий розподіл параметра впорядкування стає вкрай чутливим до макроскопічного руху носіїв струму. Це спричиняє ефекти розпаровування конденсату куперівських пар, генерує потужну ангармонічність та робить класичну синусоїдну модель Джозефсона недостатньою. У першому розділі подано огляд літератури щодо фундаментальних проблем фазової когерентності, проаналізовано межі застосовності стандартної гармонічної моделі та розглянуто фізичну природу ефектів розпаровування і механізми виникнення діодного ефекту. Другий розділ містить мікроскопічне виведення лінійного інтегрального рівняння для параметра впорядкування в SIS-контакті за допомогою методу функцій Гріна. Використовуючи метод квазіортогональності до асимптотики, знайдено коректні граничні умови для рівняння Гінзбурга-Ландау та отримано узагальнену несинусоїдну струм-фазову залежність, ключовою зміною якої є генерація другої гармоніки. Третій розділ присвячено макроскопічним магнітним властивостям. Доведено, що генерація другої гармоніки стрімкіше знижує критичний струм у слабких магнітних полях, підвищуючи магнітопольову чутливість. Для довгих джозефсонівських контактів розраховано деформований профіль та енергію спокою флюксона. У четвертому розділі побудовано узагальнені динамічні моделі нелінійної фазової еволюції. Обґрунтовано механічні аналогії: рух маятника зі змінною довжиною підвісу та рух частинки у логарифмічно деформованому потенціальному рельєфі, який збільшує відновлюючу силу і плазмову частоту осциляцій, що корисно для оптимізації фазових кубітів. П'ятий розділ описує умови виникнення джозефсонівського діодного ефекту в планарних структурах поблизу критичної температури. Встановлено, що невзаємність критичних струмів вимагає поєднання магнітного поля та градієнта густини критичного струму, а сам діодний ефект виникає лише за наявності вищих гармонік струму. У підсумку, розроблена теоретична база дозволяє оптимізувати параметри надпровідних кубітів, покращити роздільну здатність надчутливих магнітометрів та створювати бездисипативні кріогенні випрямлячі й елементи пам'яті.