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涡旋态参与的约瑟夫森效应

涡旋态参与的约瑟夫森效应

作者：张冲江西师范大学

学位级别：硕士

约瑟夫森效应是一种宏观量子现象。两块超导体夹一薄绝缘层构成约瑟夫森结，即使在没有外加电压的情况下，Cooper对仍可隧穿过绝缘层形成超流的现象叫约瑟夫森效应。第二类超导体中的涡旋结构有着非常丰富的物理内涵，其中最著名的是Abr... 详细信息

约瑟夫森效应是一种宏观量子现象。两块超导体夹一薄绝缘层构成约瑟夫森结，即使在没有外加电压的情况下，Cooper对仍可隧穿过绝缘层形成超流的现象叫约瑟夫森效应。第二类超导体中的涡旋结构有着非常丰富的物理内涵，其中最著名的是Abrikosov涡旋点阵。在本文中，我们设计了一种复合约瑟夫森结，这种复合约瑟夫森结包括两块带洞超导平面和一个中空正常导体圆柱面，圆柱面两端理想地连接着两超导平面。在超导平面的空洞区域存在涡旋定态，这些涡旋定态参与到约瑟夫森隧穿过程中，导致一种新的约瑟夫森效应，我们称之为涡旋态参与的约瑟夫森效应。我们研究了超流与超导位相差的关系。我们发现涡旋态参与时超流会显著地增加或者减小，这依赖于接口长度（正常导体圆柱面的长度）大小。随着超导位相差的增加，零温超流阶梯状变化，阶梯数目（半周期内数目）等于有效导电通道数目。在有限温度下，当接口长度远小于超导相干长度（ξ0=vF/），超流的阶梯状变化依然保持，当接口长度增大到可以和相干长度比拟时（L≥ξ0），超流的阶梯状变化转变为锯齿状振荡。长接口时的超流甚至可以出现反转。这些发现可以作为超导涡旋束缚态的“指纹证据”，可能会因此而开发出新的约瑟夫森器件。本论文分三章。第一章为引言，介绍了一些基本概念和研究背景。第二章为主要部分，给出了涡旋态参与的约瑟夫森效应的物理模型与计算细节。在第三章中，我们对全文做了总结，并对这一新领域的发展前景进行了一些展望。

关键词：约瑟夫森效应涡旋态涡旋态参与的约瑟夫森效应 Andreev能级 Bogoliubov-de Gennes方程

石墨烯导致的DM相互作用对铁磁金属中斯格明子和涡旋态的影响

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石墨烯导致的DM相互作用对铁磁金属中斯格明子和涡旋态的影响

作者：饶选秀四川师范大学

学位级别：硕士

磁性斯格明子是一种拓扑自旋结构,具有纳米尺寸并且可以被超低的电流密度调控,这些特性使其成为数据存储、处理和传输设备中潜在的信息载体。石墨烯具有单层原子结构,其自旋特性不仅能调节,而且可通过与原子或其他2D材料结合形成复合材... 详细信息

磁性斯格明子是一种拓扑自旋结构,具有纳米尺寸并且可以被超低的电流密度调控,这些特性使其成为数据存储、处理和传输设备中潜在的信息载体。石墨烯具有单层原子结构,其自旋特性不仅能调节,而且可通过与原子或其他2D材料结合形成复合材料,是自旋电子学应用的理想材料。为了集合磁性斯格明子和石墨烯材料的优势,本文提出了表面覆有石墨烯层的磁性纳米赛道和圆盘模型。在之前的研究表明Dzyaloshinsky-Moriya相互作用（DMI）主要是由重金属诱导大的自旋轨道耦合（SOC）产生,进而又发现石墨烯/Co界面可由Rashba效应诱导DMI的产生,增加了产生DMI的材料种类。通过微磁学模拟软件OOMMF（the Object Oriented Micro Magnetic Framework）,我们研究了斯格明子在该赛道和圆盘模型中的成核情况以及动力学行为。研究结果表明,在本文提出的纳米赛道中,斯格明子能够成功地成核和驱动,并且在石墨烯材料的保护下,斯格明子会更加稳定。在加入石墨烯的圆盘模型中,包括单层模型和双层模型,通过模拟计算发现了涡旋态,径向涡旋态,多畴态等多种磁结构。尤其在双层膜结构中,改变上下两层的DMI值,发现只要上下两层DMI值的矢量和相同,就会得到相同的磁结构。石墨烯的加入可以更好地实现参数的调节,以实现涡旋态、径向涡旋态向斯格明子态的转换,有望实现基于石墨烯的磁转换器。本文的研究结果为新型自旋电子器件的设计提供了帮助,具有一定的研究意义。

关键词：石墨烯 Rashba效应 DM相互作用斯格明子涡旋态径向涡旋

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蜂巢晶格伊辛超导体中的拓扑态和涡旋态研究

蜂巢晶格伊辛超导体中的拓扑态和涡旋态研究

作者：商敬龙宁波大学

学位级别：硕士

在凝聚态物理学中,非常规超导电性一直是比较热门的研究领域。近年来许多二维材料如石墨烯、单层Nb Se、Mo S,相继被报道出超导电性,除此之外还有发现的铁基超导和过渡金属二硫族化物(TMDs)中的伊辛(Ising)超导电性,并展现出了丰富的物... 详细信息

在凝聚态物理学中,非常规超导电性一直是比较热门的研究领域。近年来许多二维材料如石墨烯、单层Nb Se、Mo S,相继被报道出超导电性,除此之外还有发现的铁基超导和过渡金属二硫族化物(TMDs)中的伊辛(Ising)超导电性,并展现出了丰富的物理性质。在二维的超导体中,磁性杂质链的两端和两个涡旋态的中心可以激发出一对马约拉纳(Majorana)费米子态。在凝聚态物理中,实现对Majorana费米子态的激发和操纵,可以实现信息的编译与存储,是实现拓扑量子计算的一种可能。二维过渡金属硫族化物(TMDs),与石墨烯类似但是破缺了面内镜像对称,这可以导致了强的自旋轨道耦合(SOC),并打破谷简并,形成自旋-谷锁效应。因为这种自旋-谷锁效应,使得过度金属二硫族化物成为了研究自旋电子学与谷电子学的理想材料,这为下一代的电子器件研究提供了一个非常理想的理论与实验研究平台。本文主要研究二维蜂巢晶格的伊辛超导在加入磁性杂质链和在磁场中的电子性质,主要讨论晶格体系的拓扑属性和涡旋态的物理特性,着重探讨了伊辛自旋轨道耦合对各种属性的影响,包括体系的超导电性、能谱、态密度、磁矩等物理量。当加入外场时,伊辛自旋轨道耦合(ISOC)是超导电性响应外磁场各向异性的原因。在无杂质的情况下,本征的在位(on-site)自旋单重态超导配对和伊辛自旋轨道耦合可以诱导出自旋相反的自旋三重态超导配对关联。当加入一个自旋磁矩沿面内方向的磁性杂质链时,等自旋三态超导配对关联可以被诱导出来。低能能谱随着磁性杂质链自旋交换耦合强度的变化形成沙漏的形状,而沙漏状能谱的腰部正好为拓扑平庸和拓扑非平庸区域的分界线。在拓扑非平庸参数区域内,磁性杂质链的两端将会出现一对Majorana费米子,理论计算的Majorama费米子态的局域态密度(DOS)与实验观测符合的很好。在文章第二部分我们讨论伊辛类型的超导体系在垂直磁场中产生的涡旋态。伊辛自旋轨道耦合在涡旋的核心处可以引起一个弱的铁磁序。在非常低的温度区域,铁磁序的快速增加防止涡旋核尺寸随着温度降低进一步缩小,在低温区域这导致了一个较大的饱和值。温度的增加会增大涡旋的尺寸。当伊辛自旋轨道耦合强度为零时,局域态密度的能量依赖性显示出一系列离散的能峰,这些能峰对称的分布在零能附近,且局限于涡旋核心区域的能隙边界之内。当伊辛自旋轨道耦合存在时,依赖于能量的局域态密度关于零能峰的对称性被打破,两侧的能峰趋向于合并到近零能束缚态上。计算表明,TMDs中的ISOC可能是导致在TMDs超导体涡态实验中观察到的接近零能峰的一个因素。

关键词：过渡金属二硫族化物伊辛超导体马约拉纳费米子涡旋态

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涡旋态参与的约瑟夫森效应

江西科学 2014年第4期32卷 499-500页

作者：张冲江西师范大学物理系南昌330022

报道一种新的约瑟夫森效应—涡旋态参与的约瑟夫森效应。在这种效应中,涡旋束缚态和Andreev态的干涉效应导致了约瑟夫森超流的台阶状演化,并且台阶数目等于有效导电通道数目。

关键词：约瑟夫森效应涡旋态涡旋态参与的约瑟夫森效应涡旋态

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自旋轨道角动量耦合的超流费米气体

首都师范大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 65-73页

作者：徐子威杨明月纪安春孙青首都师范大学物理系北京100048

近年来,自旋轨道耦合的原子气体研究取得了许多重要的进展,其中一种新近实现的新类型自旋轨道耦合-自旋轨道角动量耦合由于其独特性质吸引了人们的兴趣。本文以费米气体为例,介绍自旋轨道角动量耦合的实现和特点,以及对单粒子谱特别是... 详细信息

近年来,自旋轨道耦合的原子气体研究取得了许多重要的进展,其中一种新近实现的新类型自旋轨道耦合-自旋轨道角动量耦合由于其独特性质吸引了人们的兴趣。本文以费米气体为例,介绍自旋轨道角动量耦合的实现和特点,以及对单粒子谱特别是对费米超流的重要影响。结合平均场解析方法和数值模拟,分析了自旋轨道角动量耦合诱导的有限角动量配对和由此导致的不同类型的超流涡旋基态,并进一步讨论了相关的进展和未来可能的发展方向。

关键词：费米气体自旋轨道角动量耦合费米超流涡旋态

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强相互作用极化费米气体中涡旋束缚态的研究

物理 2008年第3期37卷 141-143页

作者：胡辉刘夏姬李师群中国人民大学物理系北京100872 清华大学物理系北京100084 量子原子光学中心昆士兰大学物理系澳大利亚布里斯班4072

涡旋态的研究对理解冷原子体系超流特性有很重要的价值.文章在简要回顾涡旋态研究历史的基础上,介绍了文章作者近期在超冷极化费米气体中涡旋态的工作.通过应用平均场的方法,从理论上研究了强相互作用极化费米气中单个涡旋态的结构.发... 详细信息

涡旋态的研究对理解冷原子体系超流特性有很重要的价值.文章在简要回顾涡旋态研究历史的基础上,介绍了文章作者近期在超冷极化费米气体中涡旋态的工作.通过应用平均场的方法,从理论上研究了强相互作用极化费米气中单个涡旋态的结构.发现在涡旋态核中,Andreev束缚态的填充可引起一种量子相变.这就提供了一种新颖的探测Andreev束缚态的方法,在冷原子物理中,可通过吸收成像方法来完成.进一步文章作者对涡旋态的核尺寸进行了研究,发现涡旋态的核尺寸随着体系极化程度的增加而变大.

关键词：强相互作用极化费米子涡旋态平均场方法 Andreev束缚态

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铁电纳米颗粒相变中的尺寸效应

科学技术与工程 2022年第5期22卷 1995-2001页

作者：朱道佩晏浩城田思远江西理工大学土木与测绘工程学院(南昌) 南昌330013

由铁电纳米颗粒和介电质基体组成的复合材料具有很多功能特性,这些特性可广泛用于新型电子和能量收集装置。然而,铁电颗粒的形状、尺寸和在介电质基体中的取向对这些功能的影响还没有被研究清楚。利用一种中尺度建模方法,模拟了具有极... 详细信息

由铁电纳米颗粒和介电质基体组成的复合材料具有很多功能特性,这些特性可广泛用于新型电子和能量收集装置。然而,铁电颗粒的形状、尺寸和在介电质基体中的取向对这些功能的影响还没有被研究清楚。利用一种中尺度建模方法,模拟了具有极性、弹性和热自由度的铁电纳米复合材料的性质,以及这些性质对尺寸、形状和取向的依赖性。基于时间依赖的朗道金兹堡理论,应用多物理场耦合的有限元方法模拟了嵌入介电质中的孤立PbTiO_(3)或BaTiO_(3)纳米颗粒中的极化行为。从模拟结果可知,铁电纳米颗粒的尺寸和材料以及周围电介质的材料都会对平衡极化场产生影响。对于不同尺寸和材料参数的组合,极化场表现为单畴、涡旋畴和多畴状态。模拟结果还表明存在一个临界尺寸,低于该尺寸时铁电性消失。对于PbTiO_(3)和BaTiO_(3)颗粒,该尺寸分别为3.3 nm和4.8 nm。

关键词：铁电材料电畴涡旋态畴壁多畴

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垂直磁场中超导薄膜上的涡旋涨落

低温物理学报 1999年第4期21卷 66-69页

作者：徐力方金铎赵忠贤中国科学院低温技术实验中心中国科学院物理所超导国家重点实验室

本文用二维非中性库仑气体模型描述磁场中超导薄膜上的涡旋涨落，将中性库仑气体的自洽方程组推广到非中性模型，并求得其数值解．文中着重讨论了非中性模型电荷配对的渡越行为和再入现象

关键词：涡旋态混合态非中性方程组联立方程电荷密度电性超导膜超导薄膜垂直磁场

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铁磁性坡莫合金纳米环的制备与磁性研究

材料导报 2013年第16期27卷 21-23,42页

作者：曾帅郭振刚潘礼庆西藏大学物理学系拉萨850000 北京科技大学物理系北京100083 三峡大学理学院宜昌443002 三峡大学新能源研究院宜昌443002

铁磁性纳米环是一种纳米尺寸的环状实体,由于具备高密度磁存储的能力,被认为是下一代高性能存储器——磁随机存储器(MRAM)的重要结构单元。利用聚苯乙烯微球模板法制备了单分散的坡莫合金Ni75Fe25(NiFe)纳米环,并用扫描电子显微镜(SEM)... 详细信息

铁磁性纳米环是一种纳米尺寸的环状实体,由于具备高密度磁存储的能力,被认为是下一代高性能存储器——磁随机存储器(MRAM)的重要结构单元。利用聚苯乙烯微球模板法制备了单分散的坡莫合金Ni75Fe25(NiFe)纳米环,并用扫描电子显微镜(SEM)表征了纳米环的分布情况;用振动样品磁强计(VSM)测量了NiFe纳米环的磁化曲线,显示出两种磁状态,即涡旋态(Vortex state)和双畴态(Onion state),并利用OOMMF软件对NiFe纳米环的磁化翻转过程进行微磁模拟,观察到纳米环不同磁化状态下的自旋组态。

关键词：磁性纳米环聚苯乙烯微球模板涡旋态微磁模拟