多重外尔半金属超导异质结中的安德列夫反射

论文摘要

1929年,外尔发现狄拉克方程在质量项为零的情况下,可以写为两个外尔方程,用来描述手性相反的费米子。近几年随着人们对拓扑材料和石墨烯的研究,发现一些材料体系的低能激发态也可以用外尔方程来描述,我们将这种材料称为外尔半金属。外尔半金属中含有稳定拓扑结构的能带交叉点,其价带和导带的交点被称为外尔点。由于外尔半金属体系遵循空间反演对称性或者时间反演对称性的要求,所以外尔点是成对出现的,而且外尔点附近具有线性色散关系。虽然外尔半金属中没有体能隙,但仍然具有如不连续费米弧和负磁阻等拓扑非平庸特性。自从外尔半金属出现以来,对外尔半金属以及外尔半金属/超导体异质结的研究就成为了热点,科学家们预测外尔费米子的配对性质将会打破BCS理论,创造出更加新奇的量子现象,而求解安德列夫反射谱就是探究外尔半金属/超导体异质结特性的一个有效的方法。多重外尔半金属是最近几年发现的一类手征荷系数大于一的外尔半金属,而且它的色散关系在对称轴方向是线性的,在两个横向方向是高幂次的。这种特殊的色散关系是由具有相同手性的一对或者多对外尔点聚合形成的,所以我们将这类材料称为多重外尔半金属。横向各向异性的色散关系、特殊的拓扑特性以及态密度的改变,导致多重外尔半金属具有独特的光学特性和量子输运性质。本篇文章中,我们计算了多重外尔半金属/超导体异质结表面的安德列夫反射系数,发现多重外尔半金属的手征荷系数J的改变会影响多重外尔半金属的拓扑特性,从而改变多重外尔半金属/超导体异质结的安德列夫反射特性。当手征荷系数J取1时,我们发现入射角为零的情况下只有安德列夫反射发生,而且当入射能量小于超导能隙时,安德列夫反射系数A1和正常反射系数A2的和为一,表明在超导体和多重外尔半金属异质结的界面上,电子被反射为空穴的概率为1。手征荷系数J取为2和3时,在入射角为零的情况下,安德列夫反射系数A1和正常反射系数A2都不为零,这表明此时在多重外尔半金属/超导体异质结的界面上,同时存在安德列夫反射和正常反射。最近的研究发现,当外尔锥倾斜时第一类外尔半金属可以转变为第二类外尔半金属。当超导体位于外尔半金属能带倾斜方向时,将会有双安德列夫反射发生。双安德列夫反射（安德列夫回射和安德列夫镜像反射）关于垂直于界面的法线对称,而且双安德列夫反射的振幅取决于入射粒子的能量和入射方向。入射角为零的情况下,只有一个安德列夫反射发生,双安德列夫反射只有在斜入射的情况下才会发生。安德列夫反射系数A1和A2随化学势的变化而变化,但是安德列夫反射系数A1和A2的和仅与能量E和能隙?有关,与其它参数无关。由于双安德列夫反射效应,第二类外尔半金属/超导体异质结展现出奇特的输运特性。本文中我们对第二类外尔半金属/超导体异质结的电导进行了数值计算,发现当偏压增大且远大于能隙?时,所有的曲线都趋近于1。这样的结果在理论上也是可以解释的,因为在激发能量很大的情况下,超导效应的影响是可以忽略不计的,所以电导趋近于单位值G0。当μ/?的比值远大于1时,第二类外尔半金属/超导异质结的电导特性与通常情况下的正常金属/超导体异质结有相同的特点,较大的化学势抑制了正常反射（即入射电子被反射为电子）,使得第二类外尔半金属/超导体异质结表面只存在安德列夫反射,所以此时异质结电导G在不同的偏压下趋近于相同的值2G0。在改变参数v1和v2的过程中,我们发现电导在v1大于v2和v1小于v2两种情况下曲线特征有很大的变化,这是由于两种情况下能带倾斜会发生变化,导致输运性质的改变。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题的研究背景
•   1.2 狄拉克电子材料介绍
•     1.2.1 石墨烯及相关二维材料
•     1.2.2 拓扑绝缘体及其实验进展
•     1.2.3 拓扑半金属及其实验进展
•     1.2.4 多重外尔半金属
•   1.3 研究目的及章节安排
• 第二章 安德列夫反射与约瑟夫森效应
•   2.1 超导
•     2.1.1 超导体的发现以及特性
•     2.1.2 BCS理论
•     2.1.3 BDG方程
•   2.2 约瑟夫森效应
•     2.2.1 直流约瑟夫森效应
•     2.2.2 交流约瑟夫森效应与夏皮洛微波感应台阶
•   2.3 安德列夫反射
• 第三章 多重外尔半金属超导异质结中的安德列夫反射
•   3.1 多重外尔半金属和超导体中的波函数求解
•   3.2 多重外尔半金属中的安德列夫反射
•   3.3 本章小结
• 第四章 第二类外尔半金属超导异质结的电导计算
•   4.1 第二类外尔半金属和超导体中的波函数求解
•   4.2 第二类外尔半金属-超导体异质结的电导
•   4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 段路云

导师: 吕海峰

关键词: 安德列夫反射,外尔半金属,多重外尔半金属,第二类外尔半金属

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 电子科技大学

分类号: O469

总页数: 71

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