Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 11 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

On the overcoming of the depairing current density in the hot spot of superconducting single-photon detector

D. Korotkov1, A.V. Sememov1,2

1 Moscow State Pedagogical University, Moscow, Russia
2 Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudnyi
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.11.32 UDC 538.945 EDN GYDUTD

Abstract

In this paper the stability of the state with vortices in a “hot spot” - the region with the suppressed order parameter in a thin superconducting film - is investigated. We perform out analysis within linear London theory, with order parameter inside the hot spot much smaller than the order parameter outside. To understand the stability of the state the energy barrier for vortex unbinding is calculated and the supermomentum at which the barrier falls to zero is found. The result demonstrates the stabilization of vortices due to repulsion from the boundaries of the hot spot, and shows that the critical supermomentum inside the hot spot exceeds the critical supermomentum in the uniform situation.

  • hot spot in thin superconducting films
  • overcoming of the depairing current
  • superconducting single-photon detector
Аннотация (на русском)

О превышении плотности тока распаривания в горячем пятне сверхпроводникового однофотонного детектора

Исследуется устойчивость состояния с вихрями в пятне с подавленным параметром порядка в тонкой сверхпроводниковой пленке. Аналитически задача рассмотрена в рамках линейной теории Лондонов, при параметре порядка внутри пятна много меньшем, нежели снаружи. Для исследования устойчивости вычислен энергетический барьер для разрыва пары вихрей током и найден сверхтекучий импульс, при котором барьер обращается в ноль. Найденное решение демонстрирует стабилизацию вихрей благодаря отталкиванию от границ пятна и показывает, что в пятне критический сверхтекучий импульс превышает критическое значение импульса в однородной ситуации.

For citation

Korotkov D., Sememov A.V. On the overcoming of the depairing current density in the hot spot of superconducting single-photon detector // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.32

References

  1. Semenov A.D., Gol'tsman G.N., Korneev A.A. Quantum detection by current carrying superconducting film //Physica C: Superconductivity. - 2001. - Т. 351. - №. 4. - С. 349-356.
  2. Vodolazov D.Y. Single-photon detection by a dirty current-carrying superconducting strip based on the kinetic-equation approach //Physical Review Applied. - 2017. - Т. 7. - №. 3. - С. 034014.
  3. Zotova A.N., Vodolazov D.Y. Photon detection by current-carrying superconducting film: A time-dependent Ginzburg-Landau approach //Physical Review B-Condensed Matter and Materials Physics. - 2012. - Т. 85. - №. 2. - С. 024509.
  4. Langer J.S., Ambegaokar V.Intrinsic resistive transition in narrow superconducting channels //Physical Review. - 1967. - Т. 164. - №. 2. - С. 498.
  5. Vodolazov D.Y. Saddle point states in two-dimensional superconducting films biased near the depairing current //Physical Review B. - 2012. - Т. 85. - №. 17. - С. 174507.
  6. Anthore A., Pothier H., Esteve D. Density of states in a superconductor carrying a supercurrent //Physical review letters. - 2003. - Т. 90. - №. 12. - С. 127001.
  7. Ustavschikov S.S. et al. Approaching depairing current in dirty thin superconducting strip covered by low resistive normal metal //Superconductor Science and Technology. - 2020. - Т. 34. - №. 1. - С. 015004.