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Re_3W的点接触安德烈夫反射谱研究

物理学报 2019年第1期68卷 254-261页

作者：王宗侯兴元潘伯津谷亚东张孟迪张凡陈根富任治安单磊中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 量子物质科学协同创新中心北京100190 安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601

本文通过对不同晶体结构Re_3W样品的点接触测量和对比研究,证实具有中心对称结构和非中心对称结构的Re_3W都是弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer超导体,同时发现在两个相表面都可以形成很理想的点接触结,即电子通过界面时受到的非弹性散... 详细信息

本文通过对不同晶体结构Re_3W样品的点接触测量和对比研究,证实具有中心对称结构和非中心对称结构的Re_3W都是弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer超导体,同时发现在两个相表面都可以形成很理想的点接触结,即电子通过界面时受到的非弹性散射很弱.将Re_3W样品置于大气环境近六个月后重新进行测量,仍然能够得到类似的结果,表明Re_3W具有很好的稳定性. Re_3W的这种优良特性,不仅可通过点接触实验得到的参数推算出Re_3W两个相的费米速度,而且提供了一种简单的方法,可以在点接触实验中利用Re_3W来印证针尖材料的费米速度和测量其自旋极化率等.作为尝试,本文用Re_3W/Ni点接触结测量了铁磁性金属Ni的自旋极化率,得到了与前人报道一致的结果.

关键词：非中心对称超导体安德烈夫反射自旋极化率

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石墨烯中零模态在超导界面的安德烈夫反射

石墨烯中零模态在超导界面的安德烈夫反射

作者：冯利西北大学

学位级别：硕士

自2004年英国曼彻斯特大学两位物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室成功制得单层石墨后,石墨烯就引起了各个研究领域极大的关注。经过近十多年的探究与发展,人们发现石墨烯具有独特的物理和化学性质,迅速成为目前材料... 详细信息

自2004年英国曼彻斯特大学两位物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室成功制得单层石墨后,石墨烯就引起了各个研究领域极大的关注。经过近十多年的探究与发展,人们发现石墨烯具有独特的物理和化学性质,迅速成为目前材料科学和凝聚态物理研究的热点之一。日前关于石墨烯的制备合成方法,石墨烯的性质特征的研究以及石墨烯的应用都取得了巨大的进展。在石墨烯和超导界面上发生的安德烈夫反射也有别于普通金属和超导之间的安德烈夫反射。本论文主要选择了凝聚态物理的研究热点石墨烯和超导体,用石墨烯和超导体形成的异质结为基本模型,研究石墨烯线缺陷中的准一维态的安德烈夫反射。二维材料中的零线模态为电子的输运提供了准一维的路径：二维蜂窝材料中若存在使得两侧电子有效质量异号的线缺陷,则在线缺陷内会形成一维的电子通道。由于传输模的在动量空间分属两个谷,因此相隔较远,其背散射不太容易发生。我们从理论上研究了石墨烯中的零模在石墨烯-超导异质结界面发生的安德烈夫反射。对于两端口体系,当石墨烯是锯齿型边缘时,安德烈夫反射系数可以很大,也可以被强烈抑制,这取决于石墨烯的堆栈特征,此时纳米带中相应传输波函数的对称性质也不同。然而,在扶手椅边缘的石墨烯模型中,安德烈夫反射系数却很大,与堆栈特征无关,源于波函数对称性的缺失。当零线模态在传输过程中垂直改变方向时,且当入射电子从锯齿型边缘石墨烯模型入射,将发生完美的安德烈夫反射,系数为1。在锯齿型边缘的四端口混合模型中,发射回的空穴发生了干涉加强,导致完美安德烈夫反射,交叉安德烈夫反射的消失。对于扶手椅边缘模型,干涉效应消失,是因为从一条路径的安德烈夫反射被禁止。在四端口模型中的安德烈夫反射干涉效应可以通过中心区域的态密度来解释。由于零模波是严格谷极化的,因此以上研究对于设计谷电子学中的超导量子干涉器件有指导意义。

关键词：电子输运安德烈夫反射石墨烯零线模态

过渡金属二硫族化合物2H-Nb1-xTaxSe2点接触安德烈夫反射谱研究

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过渡金属二硫族化合物2H-Nb1-xTaxSe2点接触安德烈夫反射谱研究

作者：可迪云南大学

学位级别：硕士

基态下多种有序相和超导微观共存或竞争已成为非常规超导体具有的普遍现象,研究这些有序相与超导之间的关系对理解非常规超导机理具有重要意义。其中,过渡金属二硫族化合物2H-Nb Se电荷密度波(CDW)和超导微观共存,这为研究CDW和超导两... 详细信息

基态下多种有序相和超导微观共存或竞争已成为非常规超导体具有的普遍现象,研究这些有序相与超导之间的关系对理解非常规超导机理具有重要意义。其中,过渡金属二硫族化合物2H-Nb Se电荷密度波(CDW)和超导微观共存,这为研究CDW和超导两种有序态提供了一种理想模型。点接触安德烈夫反射谱(PCAR)作为直接探测态密度的有效工具,可分辨多带超导能隙、探测超导序参量配对对称性以及分辨能隙各向异性,因此备受人们青睐。本论文致力于运用PCAR技术研究2H-NbTaSe(x=0～0.1)单晶中CDW和超导两个有序相间的关系。论文主要内容和结果如下:第一章为引言,简要阐述超导基本性质和理论,超导能隙大小及各向异性,具有电荷密度波的非常规超导体。详细介绍用于非常规超导研究的基本方法,包括平面隧道谱和点接触安德烈夫反射谱,最后介绍用于点接触实验数据拟合的BTK理论。第二章是研究生阶段参与实验室搭建的一部分工作,囊括实验仪器的基本测试原理、使用方法。重点讲述极端测试系统核心自主设计零部件,结合本实验组最具特色的研究手段——高压隧道谱。全面介绍在低温强磁测试中怎么实现高压,高压装置点接触隧道谱如何进行,以及点接触的两种方式和接触机制。第三章详细介绍在2H-NbTaSe单晶上的测量工作,包括电阻率测量、输运测量和安德烈夫反射谱测量,根据拓展BTK理论很好地拟合了测量数据,拟合结果显示超导配对对称性偏重于具有各向异性的s波。Ta掺杂浓度(x=0～0.1)增加有效抑制CDW,这个过程中超导配对强度2Δ/kT无明显变化,我们的实验结果揭示2H-NbTaSe中超导和CDW呈弱关联。最后在第四章对本工作做了总结和展望。

关键词：点接触谱安德烈夫反射非常规超导过渡金属二元化合物电荷密度波

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马约拉纳费米子构成的网格模型输运特性研究

马约拉纳费米子构成的网格模型输运特性研究

作者：王伟河北师范大学

学位级别：硕士

马约拉纳费米子是由Ettore Majorana提出并引入理论物理的,与普通狄拉克费米子不同,马约拉纳费米子的反粒子是其本身。因其在理论模型上的研究价值很高,特别是Kitaev在P波超导体中理论推算出一维Kitaev链（假想模型）两端含有马约拉纳... 详细信息

马约拉纳费米子是由Ettore Majorana提出并引入理论物理的,与普通狄拉克费米子不同,马约拉纳费米子的反粒子是其本身。因其在理论模型上的研究价值很高,特别是Kitaev在P波超导体中理论推算出一维Kitaev链（假想模型）两端含有马约拉纳费米子性质的准粒子后,越来越多研究者对马约拉纳费米子展开理论工作研究。本文就一维Kitaev链组成的模型开展工作,利用非平衡格林函数对两端含有马约拉纳费米子的Kitaev链和普通纳米线相间组成的网格模型进行了输运特性的研究。通过改变一维Kitaev链中左右电极和中心区的耦合能、中心区电势能、超导配对势三者与中心区跃迁能的关系,找到Kitaev链两端附近含有马约拉纳费米子时参数条件。在准一维kitaev链中验证了参数的普适性,探究了超导配对势沿着输运方向与垂直输运方向对整个模型输运载流子的影响。接着又对比分析了纯Kitaev链网格模型（中心区全部为两端附近含有马约拉纳费米子Kitaev链组成的网格）和杂化Kitaev网格模型（中心区为两端附近含有马约拉纳费米子的Kitaev链和纳米线相间组成的网格）的输运性质,零偏压时,纯Kitaev链网格模型中输运方式主要为交叉安德烈夫反射,杂化Kitaev链网格模型中输运方式主要为局域安德列夫反射。参数关系相同的情况下,杂化Kitaev链网格模型在杂化界面发生散射,输运图像振荡更为明显。并且当入射能量为0,超导能隙中载流子会发生变化:模型中沿输运方向含有Kitaev链时,载流子为链两端的电子组成的库珀对;垂直输运方向含有Kitaev链时,载流子为电子。P波超导体并不常见,但在外界磁场提供的塞曼能下,具有强自旋轨道耦合的半导体纳米线邻近耦合于S波超导体时,半导体纳米线的两端也会产生马约拉纳费米子。下面工作利用散射矩阵计算了S波超导体上的一维长链模型和网格模型的微分电导。在一维长链模型中选取不同的磁场强度以及磁场方向,找到出现零偏压微分电导峰的参数条件。接着在磁场规范（?）=（-By,-Bz,-Bx）下选取上述参数条件对网格模型进行研究,观察零偏压微分电导随长度（宽度）的变化:发现随着长度的增加,零偏压电导会一直振荡变化;随着宽度的增加,零偏压电导逐渐减小,在宽度达到一定值时零偏压电导为零。综上,当一维Kitaev链两端存在马约拉纳费米子、入射能量为0时:（1）S波超导体上的网格模型存在电导峰值;（2）P波超导体上的网格模型交叉安德烈夫反射占输运的主导地位,局域安德烈夫反射被抑制。

关键词：磁场马约拉纳费米子微分电导安德烈夫反射

MoTe2/Nb约瑟夫森结低温输运性质的研究

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MoTe2/Nb约瑟夫森结低温输运性质的研究

作者：耿浩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近期提出的拓扑超导体是区别于传统超导体的一种新的量子物质态。拓扑超导体边缘态有受拓扑保护的能量为零的准粒子激发,这种准粒子与高能物理领域中的马约拉纳费米子具有类似的性质,具有奇异的非阿贝尔统计特性,有望应用于拓扑量子计... 详细信息

近期提出的拓扑超导体是区别于传统超导体的一种新的量子物质态。拓扑超导体边缘态有受拓扑保护的能量为零的准粒子激发,这种准粒子与高能物理领域中的马约拉纳费米子具有类似的性质,具有奇异的非阿贝尔统计特性,有望应用于拓扑量子计算。因此,对拓扑超导的研究成为目前凝聚态物理最前沿的研究领域之一。最新的研究还指明人们可以通过制备超导体/拓扑量子材料异质结构,把超导电性引入拓扑量子体系,从而实现人们孜孜以求的拓扑超导态。在本论文中,我们较先开展了对MoTe体系超导邻近效应及约瑟夫森效应的研究。我们利用电子束光刻技术制备了超导体(Nb)-外尔半金属(MoTe)-超导体(Nb)约瑟夫森结,并在低温变磁场系统下测量了该约瑟夫森结的电输运特性。包括:1.电阻变温曲线,2.伏安特性曲线,3.零磁场下不同温度的微分电阻谱(d V/d I-V),4.温度为1.7K时不同磁场的微分电阻谱。在电阻变温曲线中,我们观察到了两个超导相变转变温度,分别为Tc1=9 K,Tc2≈3.2 K。并且在零磁场不同温度的微分电阻谱中,我们发现当温度T>Tc2≈3.2 K时,微分电阻谱是连续且平坦的曲线。当温度T|Δ|),且当电压在|V|安德烈夫反射所致。超导电极Nb通过超导邻近效应,诱导MoTe的表面态及体态产生eΔ和eΔ的超导能隙。通过BCS理论对不同温度下Δ和Δ的拟合,我们得到了温度为0 K时的表面态和体态的超导带隙分别为0.41 me V,0.11 me V。当温度T夫森超流的现象。这些现象表明,在低温下(T夫森结中观察到了直流约瑟夫森效应。以上研究将为我们继续探索拓扑超导及马约拉纳费米子等前沿物理打下坚实的基础。

关键词：拓扑超导体约瑟夫森结安德烈夫反射外尔半金属