绝缘层方势垒影响下N／I／d波超导体结隧道谱的奇异性——超导相位因子φ±=0情况下的研究

以方势垒描述N／I／d波超导体结中绝缘层对准粒子输运的影响,在超导相位因子ψ±=0的情况下,利用Bogoliubov-de Gennes（BdG）方程和Blonder—Tinkham-Klapwijk（BTK）理论,计算了N／I／d波超导体结的隧道谱．研究表明：（1）在ψ±=0的情况下,N／I／d波超导体结的隧道谱中出现了零偏压电导峰,零偏压电导峰的出现及形状强烈地依赖于绝缘层的厚度和绝缘层的势垒值;（2）绝缘层以方势垒描述较之以艿势描述更为优越．     

铁磁体／绝缘层／p波超导体隧道结中自旋极化准粒子的输运

考虑到结界面的粗糙散射情形下,研究了铁磁体／绝缘层/p波超导体隧道结的隧道电导谱．发现铁磁体／绝缘层/p波超导体隧道结的隧道谱中存在零偏压电导峰、零偏压电导凹陷．铁磁体的磁交换能对Andreev反射有抑制作用,降低了结的微分电导．结界面的势垒散射和粗糙散射对结的隧道电导均有影响．     

正常金属/绝缘层/s波超导隧道结中的隧道谱

以方势垒描述绝缘层,考虑正常金属区域的杂质散射,运用Bogoliubov-deGennes(BdG)方程和Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论,对正常金属/绝缘层/s波超导隧道结(NIS结)中的隧道谱作进一步研究.研究表明:(1)在U0>EF的情况下,微分电导随绝缘层宽度的增加而衰减,偏压不同,衰减的程度不同;(2)衰减能压低能隙电导峰;(3)较小的杂质散射即能在隧道谱的零偏压凹陷峰中感应出一小峰.     

磁交换作用对铁磁/dx2-y2+idxy混合波超导结隧道谱的影响

考虑到铁磁层中的磁交换作用和界面势垒的散射效应,利用推广的Blonder-Tinkham-Klapwijk散射理论,计算了铁磁/dx2y2 idxy混合波超导结中的准粒子输运系数和自旋极化的隧道谱.研究表明:(1)铁磁/dx2-y2 idxy混合波超导结中自旋极化的隧道谱能较好地解释La2/3Ba1/3MnO3/DyBa2Cu3O7隧道结中观察到的零偏压电导凹陷的实验结果;(2)在△2/△1=1的情况下,磁交换作用和界面势垒散射可压低峰值,且导致隧道谱逐渐演化出四个电导峰;(3)虚的Andreev 反射过程对铁磁/dx2-y2 idxy混合波超导结的隧道谱有显著影响.     

不对称s波超导体/绝缘层/s波超导体结的直流Josephson电流

在不对称s波超导体/绝缘层/s波超导体Josephson结(s/I/s)中,考虑结界面粗糙散射情况下,运用Bogoliubov deGennes(BdG)方程和Furusaki Tsukada(FT)的电流公式计算准粒子的输运系数及s/I/s结的直流Josephson电流.研究表明,结界面的通常势垒和粗糙散射均抑制结中准粒子的Andreev反射,降低了流过s/I/s结的直流Josephson电流,直流Josephson电流I随温度T的变化关系与结两侧的对称性有关.     

正常金属—绝缘层—d波超导结中的隧道谱与散粒噪声

在正常金属-绝缘层-d波超导隧道结中，考虑到绝缘层的势垒散射效应，运用Bogoliubov-de Gennes方程和Blonder-Tinkham-Klapwijk理论模型，计算系统的微分电导和散粒噪声随偏压的变化关系，研究表明，绝缘层的势垒高度与绝缘层的厚度都能使：（1）零偏压电导峰变得尖锐；（2）微分散粒噪声的峰位置向零偏压处位移；（3）散粒噪声功率与平均电流的比值随绝缘层厚度与高度的增大在大偏压下趋于2e值。     

Zeeman效应对d波超导特性及其正常金属/d波超导结中隧道谱的影响

通过外加Zeeman磁场在d波超导中, 研究磁场对d波超导及其正常金属/d波超导结中隧道谱的影响. 研究表明: (i) Zeeman磁场能使能隙变小, 且随着磁场变大, 超导态会变为正常态, 产生一级相变; (ii)Zeeman磁场可导致零偏压电导峰劈裂, 劈裂宽度为2h₀(h₀为Zeeman能); (iii)界面势垒强度与温度都能降低劈裂的电导峰的数值, 其中界面散射势会使电导峰变得尖锐, 温度可抹平其电导 峰, 但它们并不影响Zeeman效应.     

f波超导体/绝缘层/f波超导体结中势垒散射对直流Josephson电流的影响

通过计算界面势垒散射强度对直流Josephson电流的影响,研究了f波超导体/绝缘层/f波超导体结的直流Josephson电流与温度T和结两侧晶轴方位角之间的关系.我们发现:f波超导体/绝缘层/f波超导体结界面的势垒强度总是抑制结中准粒子的Andreev反射,降低流过f波超导体/绝缘层/f波超导体结的直流Josephson电流.当结两边晶轴方位角相同时,Josephson电流的振荡周期是2π;特别地,当结两边晶轴方位角不同时,其振荡周期不再是2π,而是会随着势垒强度的增大,振荡周期变小.     

铁磁——铁磁绝缘层——超导结的自旋反转和粗糙界面散射效？…

考虑到自旋反转和粗糙界面散射效应，利用推广的Ｂｌｏｎｄｅｒ－Ｔｉｎｋｈａｍ－Ｋｌａｐｗｉｊｋ散射理论模型，计算铁磁－铁磁绝缘层－超导结中的准粒子输运系数与隧道谱。研究表明，自旋反转效应能使零偏压电导峰和能隙峰变得尖锐，而粗糙面散射能压低零偏压峰和能隙峰。此外，两种散射还能阻碍由铁磁交换作用产生的零偏压峰的滑移。     

正常金属/d波超导/正常金属双隧道结中的量子相干输运

考虑到量子相干效应和界面散射效应, 结合电子和空穴流对电导的贡献, 利用推广的Blonder-Tinklam-Klapwijk(BTK)方法, 研究正常金属/d波超导/正常金属双隧道结中的准粒子输运系数和隧道谱. 结果表明: 系统中的所有准粒子输运系数和电导谱都会随能量做周期性振荡, 其中Andreev反射系数在超导能隙之上随能量会出现周期性消失现象; 在绝缘层势垒强度取很大的隧道极限下, 超导层中会形成一系列准粒子束缚态.     

磁性隧道结中自旋相关输运的势垒影响

为了研究势垒对铁磁/绝缘层/半导体/绝缘层/铁磁(FM/I/SM/I/FM)双隧道结中自旋相关电子输运特性的影响,提出了在半导体层厚度合适的情况下,非对称势垒对于提高平行结构磁性双隧道结的自旋注入效率SIE(spin injection efficiency)更具优势.数值计算结果表明,当两势垒强度的比率达到合适数值时双结的SIE和隧穿磁电阻TMR(tunneling magnetore resistance)都将达到最大,这给提高从铁磁到半导体的SIE带来新选择.研究还表明,非对称势垒结构磁性隧道结中增大铁磁交换能对提高SIE和TMR都是有益的,而且铁磁交换能的增加对SIE的提高要比对TMR的提高更显著.     

正常金属/半导体/d波超导体隧道结中的隧穿谱和散粒噪声

利用Blonder-Tinkhanr-Klapwijk(BTK)理论求解了Bogoliubov-de Genner(BDG)方程,再结合Landauer-Büttiker公式,计算正常金属/半导体/d波超导体隧道结系统的隧穿系数,研究了隧穿谱和散粒噪声.在Rashba自旋轨道耦合参数一定的情况下,计算了散粒噪声和隧穿谱随偏压的变化.结果表明,电子入射角度θ和d波超导配对势都可以影响散粒噪声和隧穿谱.研究证明:d波超导体表面有零能束缚态存在;Andreev反射电导可以达到正常隧穿的2倍;散粒噪声被抑制的程度很大;半导体厚度L为3ε0的整数倍与半导体厚度L为非3ε0的整数倍时的散粒噪声和隧穿谱随偏压的变化有明显的区别.     

杂质和粗糙界面散射影响下NIS结的隧道谱和束缚态

在正常金属/绝缘层/s波超导隧道结中,考虑绝缘层中的体杂质散射以及粗糙界面散射,运用Blon-der-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论和Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,计算系统的微分电导.计算表明:(1)电导峰的位置与绝缘层的厚度密切相关,当绝缘层厚度具有几个相干长度时,隧道谱中的能级谐振峰数目增多,从而在超导能隙内形成一些束缚态;(2)粗糙界面散射和绝缘层中的杂质散射均能有效地压低电导峰,由此可解释理论与实验间尚存的偏差.     

铁磁/绝缘层/有机半导体/铁磁多层膜隧道结的隧穿磁电阻的温度和偏压特性研究

采用Slonczewski的近自由电子模型, 利用转移矩阵的方法, 研究了铁磁/绝缘层/有机半导体/铁磁隧道结的自旋极化载流子隧穿的温度和偏压特性. 计算了T=4 K和T=300 K时, 隧穿磁电阻(Tunneling Magnetic Resistance, TMR)随偏压的变化关系, 同时还研究了零温时在有限偏压下隧穿磁电阻TMR与绝缘层厚度、有机半导体层厚度以及铁磁/有机半导体界面势垒U的变化关系. 我们的计算结果较好地解释了有关的实验 结论.     

铁磁金属/绝缘体/铁磁半导体/普通金属 (FM/I/FS/NM)磁性隧道结中的隧穿磁电阻效应

在已有的单自旋过滤磁性隧道结铁磁金属/绝缘体/铁磁绝缘体/普通金属(FM/I/FI/NM)研究的基础上,将其中的铁磁绝缘层(FI)换为铁磁半导体层(FS),研究了铁磁金属/绝缘体/铁磁半导体/普通金属(FM/I/FS/NM)磁性隧道结中的隧穿磁电阻(TMR)现象.结果表明:由于FS层中的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合的影响,FM/I/FS/NM结可以在FS层厚度较大的情况下获得非常大的TMR值,从而避免已有的FM/I/FI/NM单自旋过滤结(FI表示铁磁绝缘层)中TMR随FI层厚度增加而下降所导致FI层不能做的太厚带来的制备上的困难.同时,计算结果还显示,FM/I/FS/NM结的TMR随铁磁半导体层FS的厚度,FS层中的Rashba自旋轨道耦合强度和分子场的变化呈振荡变化,随绝缘层I厚度的增加呈饱和趋势.     

利用菲涅尔圆孔衍射探测AFeSe三元化合物超导配对对称性

提出了一个特殊菲涅尔圆孔衍射实验,核心由正常金属/绝缘层/超导体多层膜构成,用来精确探测超导配对对称性.理论分析表明,对于超导层是s波配对,△(-k)=△(k),且满足k·r=nπ的情况下,那么衍射图样的零阶为暗纹,其中k为波矢,n为整数.反之,如果△(-k)=-△(k),且在其他条件不变的情况下,那么零阶衍射图样为明纹.从而可以利用这种简单易行的实验途径,对超导电子的配对对称性进行无模棱两可的判定.最后把这套装置应用到最近发现的AFeSe三元化合物超导体,给出了可能的具体实验方案,来探测这种多费米面复杂的电子配对对称性.     

正常金属/dx2-y2+idxy混合波超导隧道结中的准粒子寿命效应

考虑到准粒子的有限寿命效应,在Blonder-Tinkham-Klapwijk（BTK）理论框架下,通过求解Bogoliubov-de Gennes（BdG）方程,计算正常金属／dx^2-y^2＋idxy混合波超导隧道结中的准粒子输运系数与隧道谱．结果表明：准粒子的有限寿命效应不仅能压低隧道谱中的电导峰．而且可以有效地阻止峰的滑移;随着非弹性散射的增强,还会在零偏压处形成一宽峰．     

双势垒结构Cu-Al2O3-MgF2-Au隧道结的发光效应

制备了Cu-Al2O3-MgF2-Au隧道发光结,与普通单势垒Al-Al2O3-Au隧道结相比,其发光效率(10-6～10-5)提高了近一个量级,发光稳定性及耐压性都有所提高.其光谱波长范围(250～700 nm)及谱峰主峰(460 nm)均较Al-Al2O3-Au结向短波长方向移动,这与双势垒的引入及势垒中分立能级的产生而形成的电子共振隧穿使表面等离极化激元的激发增强有关.     

Rashba自旋轨道耦合对NM/FS/I/FS/NM双自旋过滤隧道结中自旋相关输运的影响

基于转移矩阵方法和量子相干输运理论,研究了含两铁磁半导体层的双自旋过滤磁性隧道结(NM/FS/I/FS/NM,NM表示非磁金属,FS表示铁磁半导体,I表示绝缘层)中的Rashba自旋轨道耦合与自旋相关隧穿现象和隧穿磁电阻(TMR)效应之间的关系.研究结果表明:当左右两FS层的Rashba自旋轨道耦合强度相等时可得到最大的正TMR,而不等时可得到大的负TMR;在绝缘层厚度达到一定值后,双自旋过滤结可以获得稳定TMR,其正负和两FS层Rashba自旋轨道耦合强度的相对大小有关.     

约瑟夫逊(Josephson)效应的观测

两块超导体之间的弱耦合形成超导结,此类结表现出的特性便是约瑟夫逊效应。约瑟夫逊效应包括三方面的内容,其一是当跨过结区的电压为零时,可以有超电流通过,并存在一临界电流密度值,这称为直流效应;其二是当跨过结区有一定的电位差 V 时,此时除了正常电子的直流隧道电流外,还存在一正弦交变隧道超电流,其频率 f 由下式确定:f=(2e/h)V,(e—电子电荷,h—普朗克常数。)即(f/V)=483.6兆赫/微伏,这称为交流效应;其三是磁场能透入结区绝缘层,并影响通过结区的超电流。对各种类型的超导结而言,用一定频率 f 的微波照射结区,就会在其Ⅰ—Ⅴ特性曲线的