基于狹窄二維拓撲絕緣體的任意磁構型下超導結的自旋輸運性質.pdf

1、近年來，基于拓撲絕緣體的超導結的自旋輸運性質引起了人們極大的研究興趣。拓撲絕緣體是一種表現為體內存在能隙的絕緣態(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。當超導體或鐵磁絕緣體與拓撲絕緣體的表面接觸時，由于鄰近效應，拓撲絕緣體的表面也具有了超導電性或鐵磁性，從而會改變其輸運性質。尤其在狹窄的二維拓撲絕緣體情形下，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現象。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撲絕緣體的任意磁構型下的磁性超導結的自旋輸運性質。
　　首先，研究了基于狹窄二維拓撲絕緣體的任意磁構型下的鐵磁絕緣體/s-波超導體/鐵磁絕緣體異質結的自旋輸運性質，此系統可以用來產生自旋糾纏。結果發(fā)現，因為非線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，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處出現一谷值。在所有

4、的磁構型下，新型和固有非局域Andreev反射的幾率之和均可以達到接近100％,意味著都可以高效率地產生自旋糾纏電子對，且通過調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。
　　其次，研究了基于狹窄二維拓撲絕緣體的任意磁構型下的鐵磁絕緣體/鐵磁絕緣體/

5、s-波超導體異質結的自旋輸運性質。結果表明，在低能量窗范圍內，類似地，只有入射自旋朝上的電子才能產生各種散射過程。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、波超導體/鐵磁絕緣體結構中新型非局域Andreev反射幾率的變化特點相同，也在α=π/2處出現峰。在α=π/2角度磁構型下，當能量取在超導能隙值△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生自旋三重態(tài)，當能量取在0.4△附近時，固有局域Andreev反射幾率也可以接近100％，表明該磁構型可以高效率地產生自旋單重態(tài)。同樣，角度對微分電導和噪聲特征的影響也能反映其散射過程的特點。
　　在實驗上，依靠目前