Андреевское отражение

Андреевское отражение ( АР ), названное в честь русского физика Александра Федоровича Андреева , представляет собой тип рассеяния частиц , при которомпроисходит на границах между сверхпроводником (S) и материалом нормального состояния (N). Это процесс переноса заряда, при котором нормальный ток в N преобразуется в сверхток в S. Каждое отражение Андреева переносит заряд 2e через интерфейс, избегая запрещенной одночастичной передачи внутри сверхпроводящей энергетической щели .

Обзор

В процессе участвует электрон (дырка), падающий на границу раздела из материала в нормальном состоянии при энергиях, меньших сверхпроводящей энергетической щели . Падающий электрон (дырка) образует куперовскую пару в сверхпроводнике с ретроотражением дырки (электрона) с противоположным спином и скоростью, но равным импульсу падающему электрону (дырке), как видно на рисунке. Предполагается, что прозрачность барьера высокая, без оксидного или туннельного слоя, что уменьшает случаи нормального электрон-электронного или дырочно-дырочного рассеяния на границе раздела. Поскольку пара состоит из электрона со спином вверх и вниз , второй электрон (дырка) со спином, противоположным падающему электрону (дырке) из нормального состояния, образует пару в сверхпроводнике и, следовательно, ретроотраженную дырку (электрон). Благодаря симметрии обращения времени процесс с падающим электроном будет также работать с падающей дыркой (и ретроотраженным электроном).

Этот процесс сильно зависит от спина - если в материале в нормальном состоянии электронами проводимости занята только одна спиновая зона ( т.е. он полностью спин-поляризован), андреевское отражение будет подавлено из-за невозможности образования пары в сверхпроводнике. и невозможность одночастичной передачи. В ферромагнетике или материале, где 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 появлению метода точечного контактного отражения Андреева (или PCAR), при котором узкий сверхпроводящий наконечник (часто из ниобия , сурьмы или свинца ) приводится в контакт с нормальным материалом при температурах ниже критической температуры наконечника. . Приложив напряжение к наконечнику и измерив 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 характеристика спиновой поляризации слоев материала или объемных образцов, а также влияние магнитных полей на такие свойства.

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

Скрещенное отражение Андреева

Скрещенное отражение Андреева, или CAR, также известное как нелокальное отражение Андреева, происходит, когда два пространственно разделенных электрода материала нормального состояния образуют два отдельных перехода со сверхпроводником, с разделением перехода порядка длины сверхпроводящей когерентности BCS рассматриваемого материала. . В таком устройстве ретроотражение дырки от процесса андреевского отражения, возникающее в результате падающего электрона с энергиями меньшими, чем сверхпроводящая щель в одном выводе, происходит во втором пространственно разделенном нормальном выводе с тем же переносом заряда, что и в обычном процессе АР. куперовской паре в сверхпроводнике. ^[1] Для возникновения CAR на каждом нормальном электроде должны существовать электроны противоположного спина (чтобы образовать пару в сверхпроводнике). Если нормальный материал представляет собой ферромагнетик, это может быть гарантировано путем создания противоположной спиновой поляризации путем приложения магнитного поля к нормальным электродам с различной коэрцитивной силой .

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

Этот процесс представляет интерес для формирования твердотельной квантовой запутанности посредством образования пространственно разделенной запутанной пары электрон-дырка (Андреева) с применением в спинтронике и квантовых вычислениях .

Ссылки

^ Джузеппе Фальчи ; Денис Фейнберг ; Фрэнк Хеккинг (апрель 2001 г.). «Коррелированное туннелирование в сверхпроводник в многозондовой гибридной структуре». Письма по еврофизике . 54 (2): 255–261. arXiv : cond-mat/0011339 . Бибкод : 2001EL.....54..255F . дои : 10.1209/epl/i2001-00303-0 . S2CID 250799565 .

Дальнейшее чтение

Книги

де Женн, PG (1966). Сверхпроводимость металлов и сплавов . Нью-Йорк: WA 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. Физ. ЖЭТФ . 19 :1228.
Блондер, GE; Тинкхэм, М.; Клапвейк, ТМ (1982). «Переход от металлического к туннельному режиму в сверхпроводящих микроконстрикциях: избыточный ток, зарядовый дисбаланс и преобразование сверхтока». Физ. Преподобный Б. 25 (7): 4515. Бибкод : 1982PhRvB..25.4515B . дои : 10.1103/PhysRevB.25.4515 .

Октавио, М; Тинкхэм, М.; Блондер, GE; Клапвейк, ТМ (1983). «Субгармоническая структура запрещенной энергии в сверхпроводящих перетяжках». Физ. Преподобный Б. 27 (11): 6739. Бибкод : 1983PhRvB..27.6739O . дои : 10.1103/PhysRevB.27.6739 .

де Йонг, MJM; Бинаккер, CWJ (1995). «Андреевское отражение в переходах ферромагнетик-сверхпроводник». Физ. Преподобный Летт . 74 (9): 1657–1660. arXiv : cond-mat/9410014 . Бибкод : 1995PhRvL..74.1657D . дои : 10.1103/PhysRevLett.74.1657 . ПМИД 10059084 . S2CID 10784697 .

Р. Дж. Сулен-младший; Дж. М. Байерс; М. С. Ософский; Б. Надгорный; Т. Амвросий; СФ Ченг; и др. (1998). «Измерение спиновой поляризации металла со сверхпроводящим точечным контактом». Наука . 282 (5386): 85–88. Бибкод : 1998Sci...282...85S . дои : 10.1126/science.282.5386.85 . ПМИД 9756482 .

Бинаккер, CWJ (2000). «Почему переход металл-сверхпроводник имеет сопротивление?». Квантовые мезоскопические явления и мезоскопические устройства в микроэлектронике . 559 : 51–60. arXiv : cond-mat/9909293 . Бибкод : 1999cond.mat..9293B . дои : 10.1007/978-94-011-4327-1_4 . ISBN 978-0-7923-6626-3 . S2CID 14111103 .

[1] Джузеппе Фальчи ; Денис Фейнберг ; Фрэнк Хеккинг (апрель 2001 г.). «Коррелированное туннелирование в сверхпроводник в многозондовой гибридной структуре». Письма по еврофизике . 54 (2): 255–261. arXiv : cond-mat/0011339 . Бибкод : 2001EL.....54..255F . дои : 10.1209/epl/i2001-00303-0 . S2CID 250799565 .

[1]