多重外尔半金属超导异质结中的安德列夫反射

发布时间：2020-07-10 13:52

【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A_1和正常反射系数A_2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A_1和正常反射系数A_2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A_1和A_2随化学势的变化而变化,但是安德列夫反射系数A_1和A_2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G_0。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2G_0。在改变参数v_1和v_2的过程中,我们发现电导在v_1大于v_2和v_1小于v_2两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。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O469
【图文】：

第一章 绪论现中微子是有质量的并不属于外尔费米子。合狄拉克方程描述的材料体系称为狄拉克材料体系畴内，狄拉克方程可以描述多个体系的低能激发行量子材料研究的兴起，狄拉克材料体系得到了人们傅亮与 Kane 预言马约拉纳束缚态会出现在拓扑绝012 年 Kowenhoven 领导的研究团队在半导体纳米拉纳准粒子存在的首个证据[10]。2014 年，普林斯的铁原子链的两端发现了马约拉纳费米子。2016 在实验室里成功地在超导拓扑薄膜系统中探测到了，斯坦福大学张首晟团队与加州大学洛杉矶分校的的夏晶团体合作，在超导/量子反常霍尔平台中发流，与理论预言的手性马约拉纳粒子十分吻合。

图 1-2 石墨烯晶格(a)石墨烯蜂窝状晶格结构；(b)石墨烯的倒格矢及布里渊区的对称点。02 A是石墨烯中碳原子之间的最小距离。每个原胞而且呈菱形。我们可以将蜂窝状的晶格视为由两个碳原子被三个B 中的碳原子包围，反之亦然。并具1(1, 3)2a ，2(1, 3)2a ，3( 1, 0)2a ）所示为石墨烯的倒格矢和布里渊区对称点，其中12b (1, 3)3a ，22b (1, 3)3a 过共价键结合的，这些面内共价键是一种较强的的强度。原子间最近邻距离是 ,其介于

图 1-3 石墨烯能带结构的束缚能级是区域化的，所以对于原子波函于无穷小。随后我们可以添加跃迁参数用于计的跃迁能t （或者是次近邻原子的跃迁能't ）紧束缚模型得到的石墨烯能带结构为'E ( k ) 3 f ( k ) t f ( k)3 3( ) 2cos( 3 ) 4cos( ) cos( 2 2y y xf k k a k a k at 2.7eV，'t 0.2t近邻的跃迁参数t ，则能带结构是关于零能对子和空穴的对称性，使得能带 和 不再对-3 所示[14]。在第一布里渊区中价带和导带（果我们在 点附近将能带结构完全展开，

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本文编号：2749008