We study the peculiarities in current-phase relations (CPR) of the SIsFS junction in the region of 0 to π transition. These CPR consist of two independent branches corresponding to 0- and π-states of the contact. We have found that depending on the transparency of the SIs tunnel barrier, the decrease in the s-layer thickness leads to transformation of the CPR shape going in the two possible ways: either one of the branches exists only in discrete intervals of the phase difference φ or both branches are sinusoidal but differ in the magnitude of their critical currents. We demonstrate that the difference can be as large as 10% under maintaining superconductivity in the s layer. An applicability of these phenomena for memory and logic application is discussed.

1.
M.
Eschrig
,
Rep. Prog. Phys.
78
,
104501
(
2015
).
2.
J.
Linder
and
J. W. A.
Robinson
,
Nat. Phys.
11
,
307
(
2015
).
3.
M. G.
Blamire
and
J. W. A.
Robinson
,
J. Phys. Condens. Matter
26
,
453201
(
2014
).
4.
J. W.
Lu
,
E.
Chen
,
M.
Kabir
,
V. R.
Stan
, and
S. A.
Wolf
,
Int. Mater. Rev.
61
,
456
(
2016
).
5.
O. A.
Mukhanov
, “
Digital processing, superconductor digital electronics
,” in
Applied Superconductivity: Hand-Book on Devices and Applications
, edited by
P.
Seidel
(
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
,
Weinheim, Germany
,
2015
).
6.
I. I.
Soloviev
,
N. V.
Klenov
,
S. V.
Bakurskiy
,
M.
Yu Kupriyanov
,
A. L.
Gudkov
, and
A. S.
Sidorenko
,
Beilstein J. Nanotechnol.
8
,
2689
(
2017
).
7.
A. A.
Golubov
,
M. Y.
Kupriyanov
, and
E.
Il'ichev
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
411
(
2004
).
8.
A. I.
Buzdin
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
935
(
2005
).
9.
F. S.
Bergeret
,
A. F.
Volkov
, and
K. B.
Efetov
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
1321
(
2005
).
10.
C.
Bell
,
G.
Burnell
,
C. W.
Leung
,
E. J.
Tarte
,
D.-J.
Kang
, and
M. G.
Blamire
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
1153
(
2004
).
11.
M. A. E.
Qader
,
R. K.
Singh
,
S. N.
Galvin
,
L.
Yu
,
J. M.
Rowell
, and
N.
Newman
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
022602
(
2014
).
12.
B.
Baek
,
W. H.
Rippard
,
S. P.
Benz
,
S. E.
Russek
, and
P. D.
Dresselhaus
,
Nat. Commun.
5
,
3888
(
2014
).
13.
B. M.
Niedzielski
,
T. J.
Bertus
,
J. A.
Glick
,
R.
Loloee
,
W. P.
Pratt
, Jr.
, and
N. O.
Birge
,
Phys. Rev. B
97
,
024517
(
2018
).
14.
V. V.
Bol'ginov
,
V. S.
Stolyarov
,
D. S.
Sobanin
,
A. L.
Karpovich
, and
V. V.
Ryazanov
,
Pis'ma v ZhETF
95
,
408
(
2012
)
V. V.
Bol'ginov
,
V. S.
Stolyarov
,
D. S.
Sobanin
,
A. L.
Karpovich
, and
V. V.
Ryazanov
, [
JETP Lett.
95
,
366
(
2012
)].
15.
T. I.
Larkin
,
V. V.
Bol'ginov
,
V. S.
Stolyarov
,
V. V.
Ryazanov
,
I. V.
Vernik
,
S. K.
Tolpygo
, and
O. A.
Mukhanov
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
222601
(
2012
).
16.
I. V.
Vernik
,
V. V.
Bol'ginov
,
S. V.
Bakurskiy
,
A. A.
Golubov
,
M. Yu.
Kupriyanov
,
V. V.
Ryazanov
, and
O. A.
Mukhanov
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
1701208
(
2013
).
17.
S. V.
Bakurskiy
,
N. V.
Klenov
,
I. I.
Soloviev
,
V. V.
Bol'ginov
,
V. V.
Ryazanov
,
I. I.
Vernik
,
O. A.
Mukhanov
,
M. Y.
Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
192603
(
2013
).
18.
R.
Caruso
,
D.
Massarotti
,
A.
Miano
,
V. V.
Bol'ginov
,
A.
Ben Hamida
,
L. N.
Karelina
,
G.
Campagnano
,
I. V.
Vernik
,
F.
Tafuri
,
V. V.
Ryazanov
,
O. A.
Mukhanov
, and
G. P.
Pepe
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
28
(
7
),
1800606
(
2018
).
19.
R.
Caruso
,
D.
Massarotti
,
V. V.
Bolginov
,
A.
Ben Hamida
,
L. N.
Karelina
,
A.
Miano
,
I. V.
Vernik
,
F.
Tafuri
,
V. V.
Ryazanov
,
O. A.
Mukhanov
, and
G. P.
Pepe
,
J. Appl. Phys.
123
,
133901
(
2018
).
20.
I. I.
Soloviev
,
N. V.
Klenov
,
S. V.
Bakurskiy
,
V. V.
Bol'ginov
,
V. V.
Ryazanov
,
M.
Yu Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
242601
(
2014
).
21.
I. I.
Soloviev
,
N. V.
Klenov
,
S. V.
Bakursky
,
M.
Yu Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
JETP Lett.
101
,
240
(
2015
).
22.
S. V.
Bakurskiy
,
N. V.
Klenov
,
I. I.
Soloviev
,
M.
Yu Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
042602
(
2016
).
23.
E.
Goldobin
,
H.
Sickinger
,
M.
Weides
,
N.
Ruppelt
,
H.
Kohlstedt
,
R.
Kleiner
, and
D.
Koelle
,
Appl. Phys. Lett.
102
(
24
),
242602
(
2013
).
24.
R.
Menditto
,
H.
Sickinger
,
M.
Weides
,
H.
Kohlstedt
,
M.
Zonda
,
T.
Novotny
,
D.
Koelle
,
R.
Kleiner
, and
E.
Goldobin
,
Phys. Rev. B
93
(
17
),
174506
(
2016
).
25.
J. J. A.
Baselmans
,
T. T.
Heikkila
,
B. J.
van Wees
, and
T. M.
Klapwijk
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
207002
(
2002
).
26.
S. M.
Frolov
,
D. J.
Van Harlingen
,
V. A.
Oboznov
,
V. V.
Bolginov
, and
V. V.
Ryazanov
,
Phys. Rev. B
70
,
144505
(
2004
).
27.
B.
Baek
,
M.
Schneider
,
M. R.
Pufall
, and
W. H.
Rippard
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
28
(
7
),
1800705
(
2018
).
28.
M. J. A.
Stoutimore
,
A. N.
Rossolenko
,
V. V.
Bolginov
,
V. A.
Oboznov
,
A. Y.
Rusanov
,
N.
Pugach
,
S. M.
Frolov
,
V. V.
Ryazanov
, and
D. J.
Van Harlingen
, preprint arXiv:1805.12546 (
2018
).
29.
L.
Trifunovic
,
Z.
Popovic
, and
Z.
Radovic
,
Phys. Rev. B
84
,
064511
(
2011
).
30.
C.
Richard
,
M.
Houzet
, and
J. S.
Meyer
,
Phys. Rev. Lett.
110
(
21
),
217004
(
2013
).
31.
A.
Buzdin
,
Phys. Rev. B
72
,
100501(R)
(
2005
).
32.
F.
Konschelle
,
J.
Cayssol
, and
A. I.
Buzdin
,
Phys. Rev. B
78
,
134505
(
2008
).
33.
A.
Buzdin
and
A. E.
Koshelev
,
Phys. Rev. B
67
,
220504(R)
(
2003
).
34.
N. G.
Pugach
,
E.
Goldobin
,
R.
Kleiner
, and
D.
Koelle
,
Phys. Rev. B
81
(
10
),
104513
(
2010
).
35.
E.
Goldobin
,
D.
Koelle
,
R.
Kleiner
, and
R. G.
Mints
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
227001
(
2011
).
36.
S. V.
Bakurskiy
,
N. V.
Klenov
,
T. Yu.
Karminskaya
,
M. Yu.
Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
Supercond. Sci. Technol.
26
,
015005
(
2013
).
37.
H.
Sickinger
,
A.
Lipman
,
M.
Weides
,
R. G.
Mints
,
H.
Kohlstedt
,
D.
Koelle
,
R.
Kleiner
, and
E.
Goldobin
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
107002
(
2012
).
38.
S. V.
Bakurskiy
,
N. V.
Klenov
,
I. I.
Soloviev
,
M. Y.
Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
Phys. Rev. B
88
,
144519
(
2013
).
39.
I. P.
Nevirkovets
,
O.
Chernyashevskyy
,
G. V.
Prokopenko
,
O. A.
Mukhanov
, and
J. B.
Ketterson
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
24
(
4
),
1800506
(
2014
).
40.
N.
Ruppelt
,
H.
Sickinger
,
R.
Menditto
,
E.
Goldobin
,
D.
Koelle
,
R.
Kleiner
,
O.
Vavra
, and
H.
Kohlstedt
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
022602
(
2015
).
41.
S.
Shafranjuk
,
I. P.
Nevirkovets
,
O. A.
Mukhanov
, and
J. B.
Ketterson
,
Phys. Rev. Appl.
6
,
024018
(
2016
).
42.
S. V.
Bakurskiy
,
V. I.
Filippov
,
V. I.
Ruzhickiy
,
N. V.
Klenov
,
I. I.
Soloviev
,
M.
Yu Kupriyanov
, and
A. A.
Golubov
,
Phys. Rev. B
95
,
094522
(
2017
).
43.
K. D.
Usadel
,
Phys. Rev. Lett.
25
,
507
(
1970
).
44.
M. Y.
Kuprianov
and
V. F.
Lukichev
,
Zh. Eksp. Teor. Fiz.
94
,
139
(
1988
)
M. Y.
Kuprianov
and
V. F.
Lukichev
, [
Sov. Phys. JETP
67
,
1163
(
1988
)].
45.
D. M.
Heim
,
N. G.
Pugach
,
M.
Yu
,
Kupriyanov
,
E.
Goldobin
,
D.
Koelle
,
R.
Kleiner
,
N.
Ruppelt
,
M.
Weides
, and
H.
Kohlstedt
,
New J. Phys.
17
,
113022
(
2015
).
46.
N.
Pompeo
,
K.
Torokhtii
,
C.
Cirillo
,
A. V.
Samokhvalov
,
E. A.
Ilyina
,
C.
Attanasio
,
A. I.
Buzdin
, and
E.
Silva
,
Phys. Rev. B
90
,
064510
(
2014
).
47.
A. V.
Samokhvalov
and
A. I.
Buzdin
,
Phys. Rev. B
92
,
054511
(
2015
).
48.
S. N.
Vdovichev
,
Y. N.
Nozdrin
,
E. E.
Pestov
,
P. A.
Yunin
, and
A. V.
Samokhvalov
,
JETP Lett.
104
,
329
(
2016
).
49.
T.
Golod
,
A.
Iovan
, and
V. M.
Krasnov
,
Nat. Commun.
6
,
8628
(
2015
).
50.
A.
Murphy
,
D.
Averin
, and
A.
Bezryadin
,
New J. Phys.
19
(
6
),
063015
(
2017
).
You do not currently have access to this content.