基于狹窄二維拓?fù)浣^緣體的任意磁構(gòu)型下超導(dǎo)結(jié)的自旋輸運(yùn)性質(zhì).pdf

1、近年來，基于拓?fù)浣^緣體的超導(dǎo)結(jié)的自旋輸運(yùn)性質(zhì)引起了人們極大的研究興趣。拓?fù)浣^緣體是一種表現(xiàn)為體內(nèi)存在能隙的絕緣態(tài)，而表面卻是沒有能隙的金屬態(tài)的體系，受到時間反演對稱性的保護(hù)。當(dāng)超導(dǎo)體或鐵磁絕緣體與拓?fù)浣^緣體的表面接觸時，由于鄰近效應(yīng)，拓?fù)浣^緣體的表面也具有了超導(dǎo)電性或鐵磁性，從而會改變其輸運(yùn)性質(zhì)。尤其在狹窄的二維拓?fù)浣^緣體情形下，兩邊的邊緣態(tài)之間發(fā)生了耦合，因此能夠帶來奇特的輸運(yùn)現(xiàn)象。本文利用基于拓展的Bogoliubov-de Gen

2、nes(BdG)方程的理論方法研究了基于狹窄二維拓?fù)浣^緣體的任意磁構(gòu)型下的磁性超導(dǎo)結(jié)的自旋輸運(yùn)性質(zhì)。
　　首先，研究了基于狹窄二維拓?fù)浣^緣體的任意磁構(gòu)型下的鐵磁絕緣體/s-波超導(dǎo)體/鐵磁絕緣體異質(zhì)結(jié)的自旋輸運(yùn)性質(zhì)，此系統(tǒng)可以用來產(chǎn)生自旋糾纏。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榉蔷€型磁化引起自旋混合，所以不僅存在固有非局域Andreev反射，還存在新型非局域Andreev反射。前者的入射電子和非局域Andreev反射空穴屬于不同的自旋子能帶，因而形成了

3、自旋單重態(tài)糾纏配對，而后者的入射電子和非局域Andreev反射空穴屬于相同的自旋子能帶，從而形成自旋三重態(tài)糾纏配對。在低能量范圍內(nèi)，入射自旋朝下電子的各種散射過程均被完全抑制。而對于入射自旋朝上電子來說，在某些能量值處，隨著兩鐵磁絕緣體磁化方向的夾角α增加，新型非局域Andreev反射幾率先逐漸增加，然后逐漸減小，在α=π/2處出現(xiàn)一峰值，然而，對于固有非局域Andreev反射幾率來說，變化行為恰好相反，在α=π/2處出現(xiàn)一谷值。在所有

4、的磁構(gòu)型下，新型和固有非局域Andreev反射的幾率之和均可以達(dá)到接近100％,意味著都可以高效率地產(chǎn)生自旋糾纏電子對，且通過調(diào)控可以獲得不同比例的自旋單重態(tài)和三重態(tài)糾纏電子對的混合。特別的是，在α=π/2角度磁構(gòu)型下，前者的峰值和后者的谷值均能接近50％。此外，只有在低能時，角度α對微分電導(dǎo)和噪聲才會有比較明顯的影響，這也恰好地反映了散射過程的特點(diǎn)。
　　其次，研究了基于狹窄二維拓?fù)浣^緣體的任意磁構(gòu)型下的鐵磁絕緣體/鐵磁絕緣體/

5、s-波超導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的自旋輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明，在低能量窗范圍內(nèi)，類似地，只有入射自旋朝上的電子才能產(chǎn)生各種散射過程。同樣由于非線型磁化引起自旋混合，除了固有局域Andreev反射外，還存在新型局域Andreev反射。入射電子與兩種局域Andreev反射空穴分別屬于不同和相同的自旋子能帶，從而也分別形成了的自旋單重態(tài)和自旋三重態(tài)。非常有趣的是，隨著兩鐵磁絕緣體磁化方向的夾角α增加，新型局域Andreev反射幾率的變化跟上述的鐵磁絕緣體/s-

6、波超導(dǎo)體/鐵磁絕緣體結(jié)構(gòu)中新型非局域Andreev反射幾率的變化特點(diǎn)相同，也在α=π/2處出現(xiàn)峰。在α=π/2角度磁構(gòu)型下，當(dāng)能量取在超導(dǎo)能隙值△附近時，新型局域Andreev反射幾率接近100％，意味著可以高效率地產(chǎn)生自旋三重態(tài)，當(dāng)能量取在0.4△附近時，固有局域Andreev反射幾率也可以接近100％，表明該磁構(gòu)型可以高效率地產(chǎn)生自旋單重態(tài)。同樣，角度對微分電導(dǎo)和噪聲特征的影響也能反映其散射過程的特點(diǎn)。
　　在實(shí)驗(yàn)上，依靠目前