안드리프 반사

Andreev reflection
정상도체(N)와 초전도체(S)의 접점을 충족하는 전자(빨간색)는 초전도체에서 쿠퍼 쌍을, 정상도체에서는 역반사홀(녹색)을 생성한다. 수직 화살표는 각 입자가 차지하는 스핀 밴드를 나타낸다.

러시아의 물리학자 알렉산더 F의 이름을 딴 안드리프 반사(AR)이다. Andreev는 초전도체(S)와 정상상태 물질(N) 사이의 인터페이스에서 발생하는 입자 산란 유형이다. N의 정상 전류가 S의 초전류로 변환되는 전하 전달 과정이다. 각 Andreev 반사는 초전도 에너지 갭 내에서 금지된 단일 입자 전송을 피하면서 인터페이스를 통해 전하 2e를 전달한다.

개요

이 과정은 초전도 에너지 갭보다 작은 에너지에서 정상 상태 물질로부터 인터페이스에 전자(구멍) 사고를 수반한다. 입사 전자(홀)는 그림에서 보는 바와 같이 반대 스핀과 속도의 구멍(전자)의 역반사로 초전도체에서 쿠퍼 쌍을 형성하지만 입사 전자(홀)와 동일한 운동량을 갖는다. 장벽 투명성은 인터페이스에서 정상적인 전자 전자전자나 홀홀 산란을 감소시키는 산화물이나 터널 층이 없는 높은 것으로 가정한다. 쌍은 상하 스핀 전자로 구성되기 때문에 정상 상태에서 입사 전자(구멍)에 반대되는 스핀의 두 번째 전자(구멍)가 초전도체에서 쌍을 이루고, 따라서 역반사된 홀(전자기)이 쌍을 이룬다. 시간 역 대칭을 통해 입사 전자가 있는 공정도 입사 구멍(그리고 역반사 전자)과 함께 작동하게 된다.

이 과정은 스핀 의존도가 매우 높다 – 정상 상태 물질에서 하나의 스핀 대역만이 전도 전자에 의해 점유되는 경우(즉, 완전히 스핀-폴라화), 초전도체에서 쌍을 형성할 수 없고 단일 입자 전송의 불가능성으로 인해 앤드리브 반사가 억제된다. 자장에 의해 스핀-폴라화가 존재하거나 유도될 수 있는 철자석이나 물질에서 안드레이프 반사 강도(따라서 접합부의 전도성)는 정상 상태에서 스핀-폴라화의 함수다.

AR의 스핀 의존성은 좁은 초전도 팁(흔히 니오비움, 안티몬 또는 납)에 의해 팁의 임계 온도 이하의 온도에서 정상 물질과 접촉하는 점 접촉 앤드리브 반사(또는 PCAR) 기법을 발생시킨다. 팁에 전압을 인가하고, 그것과 샘플 사이의 차동 전도성을 측정함으로써, 그 지점(및 자기장)에서 정상 금속의 스핀 양극화를 결정할 수 있다. 이는 분극 전류 측정 또는 물질 층 또는 대량 샘플의 스핀 양극화 특성 및 그러한 특성에 대한 자기장의 영향과 같은 작업에 사용된다.

AR 공정에서 전자와 홀의 위상 차이는 -192/2+초전도 순서 매개변수의 위상이다.

크로스 앤드리브 반사

국부적이지 않은 안드레이브 반사(CAR)라고도 하는 교차 안드레이브 반사(Crossed Andreev reflection, CAR)는 공간적으로 분리된 두 개의 정상 상태 물질 전극이 초전도체와 두 개의 분리된 접합부를 형성하면서 해당 물질의 BCS 초전도 결합 길이와 함께 발생한다. 그러한 장치에서, 한 리드에서의 초전도 간격보다 작은 에너지에서의 입사 전자에서 기인하는 안드레이프 반사 공정의 구멍의 역반사는 정상 AR 공정에서와 동일한 전하 전달을 갖는 두 번째 공간적으로 분리된 정상 리드에서 발생한다.[1] CAR이 발생하려면 (초전도체에서 쌍을 형성하도록) 각각의 정상 전극에 반대 스핀의 전자가 존재해야 한다. 정상 물질이 강자석인 경우 이는 자기장을 다른 강제성의 정상 전극에 적용하여 반대방향 회전 양극화를 발생시킴으로써 보장될 수 있다.

CAR은 초전도체에서 중간 상태를 통해 정상 리드 사이의 전자의 양자 기계적 터널링인 탄성 코틀링 또는 EC와 경쟁할 때 발생한다. 이 과정은 전자 스핀을 보존한다. 이와 같이 한 전극에서 다른 전극에 전류를 인가하는 검출 가능한 CAR 전위는 경쟁 EC 프로세스에 의해 가려져 명확한 검출이 어려울 수 있다. 또한 정상/초전도체 인터페이스의 다른 정상 전자 산란 프로세스와 함께 두 인터페이스 중 하나에서 정상 안드리브 반사가 발생할 수 있다.

이 과정은 스핀트로닉스와 양자 컴퓨팅 분야에서 응용이 가능한 공간적으로 분리된 뒤얽힌 전자 구멍(Andreev) 쌍의 형성을 통해 고체 상태의 양자 얽힘 형성에 관심이 있다.

참조

  1. ^ Guiseppe Falci; Denis Feinberg; Frank Hekking (April 2001). "Correlated tunneling into a superconductor in a multiprobe hybrid structure". Europhysics Letters. 54 (2): 255–261. arXiv:cond-mat/0011339. Bibcode:2001EL.....54..255F. doi:10.1209/epl/i2001-00303-0.

추가 읽기

책들
  • de Gennes, P. G. (1966). Superconductivity of Metals and Alloys. New York: W. A. Benjamin. ISBN 978-0-7382-0101-6.
  • Tinkham, M (2004). Introduction to Superconductivity (Second ed.). New York: Dover. ISBN 978-0-486-43503-9.
페이퍼스
  • Andreev, A. F. (1964). "Thermal conductivity of the intermediate state of superconductors". Sov. Phys. JETP. 19: 1228.
  • Blonder, G. E.; Tinkham, M.; Klapwijk, T. M. (1982). "Transition from metallic to tunneling regimes in superconducting microconstrictions: Excess current, charge imbalance, and supercurrent conversion". Phys. Rev. B. 25 (7): 4515. Bibcode:1982PhRvB..25.4515B. doi:10.1103/PhysRevB.25.4515.