Андреевское отражение - Andreev reflection

An электрон (красный) встречает границу между нормальным проводником (N) и сверхпроводник (S) производит Купер пара в сверхпроводнике и отраженный в обратном направлении дыра (зеленый) в нормальном проводе. Вертикальные стрелки указывают вращение полоса, занятая каждой частицей.

Андреевское отражение (AR), названный в честь русского физика Андреев Александр Федорович, это тип частицы рассеяние который происходит на интерфейсах между сверхпроводник (S) и материал нормального состояния (N). Это процесс передачи заряда, при котором нормальный ток в N преобразуется в сверхток в С. Каждое Андреевское отражение переносит заряд 2e через интерфейс, избегая запрещенной передачи одиночных частиц в сверхпроводящем энергетический разрыв.

Обзор

В процессе участвует электрон (дырка), падающий на границу раздела из материала в нормальном состоянии при энергиях, меньших, чем сверхпроводящее. энергетический разрыв. Падающий электрон (дырка) образует Купер пара в сверхпроводнике с обратным отражением дырки (электрона) с противоположным спином и скоростью, но равным импульсу падающему электрону (дырке), как показано на рисунке. Предполагается, что прозрачность барьера высокая, без оксидного или туннельного слоя, что уменьшает случаи нормального электрон-электронного или дырочного рассеяния на границе раздела. Поскольку пара состоит из восходящего и нисходящего вращение Электрон, второй электрон (дырка) со спином, противоположным падающему электрону (дырке) из нормального состояния, образует пару в сверхпроводнике и, следовательно, ретроотраженную дырку (электрон). Благодаря симметрии относительно обращения времени, процесс с падающим электроном также будет работать с падающей дыркой (и ретроотраженным электроном).

Этот процесс сильно зависит от спина - если только одна спиновая зона занята электронами проводимости в материале с нормальным состоянием (т.е. он полностью поляризован по спину), андреевское отражение будет подавлено из-за невозможности образования пары в сверхпроводнике и невозможности одночастичного прохождения. В ферромагнетик или материала, в котором спиновая поляризация существует или может быть индуцирована магнитным полем, сила андреевского отражения (и, следовательно, проводимость перехода) является функцией спиновой поляризации в нормальном состоянии.

Спиновая зависимость AR приводит к Контактная информация Андреева Отражение (или PCAR) метод, при котором узкий сверхпроводящий наконечник (часто ниобий, сурьма или же вести ) контактирует с обычным материалом при температурах ниже критическая температура наконечника. Подавая напряжение на наконечник и измеряя дифференциальную проводимость между ним и образцом, можно определить спиновую поляризацию нормального металла в этой точке (и магнитное поле). Это полезно в таких задачах, как измерение спин-поляризованных токов или определение характеристик спиновой поляризации слоев материала или массивных образцов, а также влияния магнитных полей на такие свойства.

В процессе AR разность фаз между электроном и дыркой равна −π / 2 плюс фаза сверхпроводящего параметр порядка.

Пересеченное Андреевское отражение

Перекрестное андреевское отражение, или CAR, также известное как нелокальное андреевское отражение, возникает, когда два пространственно разделенных электрода из материала в нормальном состоянии образуют два отдельных перехода со сверхпроводником, причем расстояние между переходами составляет порядок длины сверхпроводящей когерентности BCS рассматриваемого материала. . В таком устройстве обратное отражение дырки от процесса андреевского отражения, возникающее в результате падающего электрона при энергиях, меньших, чем сверхпроводящий зазор в одном выводе, происходит во втором пространственно разделенном нормальном выводе с тем же переносом заряда, что и в нормальном процессе AR. к куперовской паре в сверхпроводнике.[1] Для возникновения CAR на каждом нормальном электроде должны существовать электроны с противоположным спином (чтобы образовать пару в сверхпроводнике). Если нормальный материал представляет собой ферромагнетик, это может быть гарантировано путем создания противоположной спиновой поляризации посредством приложения магнитного поля к нормальным электродам различной принуждение.

CAR происходит в конкуренции с упругим cotunelling или EC, квантово-механическим туннелированием электронов между нормальными выводами через промежуточное состояние в сверхпроводнике. Этот процесс сохраняет спин электрона. Таким образом, обнаруживаемый потенциал CAR на одном электроде при приложении тока к другому может быть замаскирован конкурирующим процессом EC, что затрудняет четкое обнаружение. Кроме того, нормальное андреевское отражение может происходить на любой границе в сочетании с другими процессами нормального рассеяния электронов на границе нормальный / сверхпроводник.

Процесс представляет интерес для образования твердотельных квантовая запутанность, за счет образования пространственно разделенной запутанной электронно-дырочной (андреевской) пары, с приложениями в спинтроника и квантовые вычисления.

Рекомендации

  1. ^ Джузеппе Фальчи; Денис Файнберг; Фрэнк Хеккинг (Апрель 2001 г.). «Коррелированное туннелирование в сверхпроводник в многозондовой гибридной структуре». Письма еврофизики. 54 (2): 255–261. arXiv:cond-mat / 0011339. Bibcode:2001ЭЛ ..... 54..255Ф. Дои:10.1209 / epl / i2001-00303-0.

дальнейшее чтение

Книги
  • де Женн, П. Г. (1966). Сверхпроводимость металлов и сплавов.. Нью-Йорк: В. А. Бенджамин. ISBN  978-0-7382-0101-6.
  • Тинкхэм, М (2004). Введение в сверхпроводимость (Второе изд.). Нью-Йорк: Дувр. ISBN  978-0-486-43503-9.
Статьи
  • Андреев, А.Ф. (1964). «Теплопроводность промежуточного состояния сверхпроводников». Сов. Phys. ЖЭТФ. 19: 1228.
  • Blonder, G.E .; Тинкхэм, М .; Клапвейк, Т. М. (1982). «Переход от металлического к туннельному режимам в сверхпроводящих микроструктурах: избыточный ток, дисбаланс заряда и сверхтоковое преобразование». Phys. Ред. B. 25 (7): 4515. Bibcode:1982ПхРвБ..25.4515Б. Дои:10.1103 / PhysRevB.25.4515.
  • Октавио, М. Тинкхэм, М .; Blonder, G.E .; Клапвейк, Т. М. (1983). «Субгармоническая запрещенная структура в сверхпроводящих сужениях». Phys. Ред. B. 27 (11): 6739. Bibcode:1983PhRvB..27.6739O. Дои:10.1103 / PhysRevB.27.6739.
  • Р. Дж. Сулен-младший; Дж. М. Байерс; М. С. Ософски; Б. Надгорный; Т. Амвросий; С. Ф. Ченг; и другие. (1998). «Измерение спиновой поляризации металла со сверхпроводящим точечным контактом». Наука. 282 (5386): 85–88. Bibcode:1998Научный ... 282 ... 85С. Дои:10.1126 / science.282.5386.85. PMID  9756482.