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FrequJoc : Frequency-to-current conversion in a Josephson crystal

Frequency-to-current conversion in a Josephson crystal The Josephson effect in large Josephson junctions has given rise to celebrated applications such as the DC and RF SQUIDs which operate as supersensitive magnetometers, single flux quantum logic circuits and high precision Josephson voltage standards. In all these applications, the exploration of the dissipationless non-linearity of the Josephson energy EJ cos() results in extraordinary electrical properties. These circuits are described by the dynamics of a single degree of freedom : the superconducting phase. By decreasing the junction size of the Josephson junction, thereby increasing its charging energy, the superconducting phase undergoes quantum fluctuations that manifest themselves in form of windings by 2π, so called quantum phase-slips. In this regime the Josephson junction gives rise to a novel coherent non-linearity that can be described by a non-linear capacitance Vc cos(q) where q is the so-called quasi-charge, the conjugate variable to the superconducting phase . Under appropriate conditions of the electro-magnetical environment constituted of an inductance and a resistance, quantum phase slips have been predicted to give rise to novel quantum electrical phenomena that are dual and complementary to the Josephson effect in conventional (large) tunnel junctions. This project focuses on the exploration of classical and quantum dynamics of the quasi charge q within the non-linearity Vc cos(q) with the ultimate goal to realize a frequency-to-current conversion device. In particular we study the frequency dependence of the impedance realized by Josephson junction chains to design the required electro-magnetical environment for a quantum phase-slip junction.

This project has received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no 306731.

Contact : Wiebke Guichard

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