Josephson effect in ultracold Fermi gases

Abstract

This master's thesis studies the theory of ultracold atomic Fermi gases. A system of two BCS superfluids coupled with radio frequency fields is studied as an analogue of the Josephson junction in ultracold gases. This system is shown to display an asymmetric Josephson effect, which is a genuine expansion of the Josephson effect encountered in solid state physics. Finite temperature effects and interactions between the two BCS superfluids are shown to enrich the dynamics of the system further, leading for example to a phase difference between two components of the alternating Josephson current.

Tässä diplomityössä käsitellään ultrakylmien fermikaasujen teoriaa. Radiotaajuuksisilla kentillä toisiinsa kytkettyjen BCS-supranesteiden muodostamaa järjestelmää tutkitaan Josephsonin liitoksen vastineena ultrakylmissä kaasuissa. Työssä osoitetaan, että tällaisessa järjestelmässä voidaan havaita asymmetrinen Josephsonin ilmiö, joka on kiinteän aineen fysiikasta tutun Josephsonin ilmiön laajennus. Edelleen työssä näytetään, että äärellinen lämpötila ja supranesteiden väliset vuorovaikutukset tuovat oman lisänsä järjestelmän käytökseen esimerkiksi vaihe-erona Josephsonin vaihtovirran muodostavien hiukkasvirtojen väälillä.