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铁磁体和超导体组成的隧道结和多层结构作为研究铁磁性和超导电性相互作用和影响的良好载体,蕴含着丰富的物理内容,同时由于它们具有潜在的应用前景,所以一直以来就是凝聚态物理中的热门领域,吸引着众多的研究者。本文主要对由铁磁体和超导体组成的的单结和双结结构进行一些研究,包括近邻效应,约瑟夫森效应和热电效应等。在第一章绪论中,我们首先介绍了本文有关的实验、理论背景,以及处理问题的理论方法。
第二章中,我们用量子力学方法讨论了在铁磁体/超导体的单结中,由于从铁磁体一侧注入自旋极化的载流子而导致的超导体中的自旋非平衡现象,我们发现,这种自旋的非平衡现象将会导致超导体的超导序参量和临界电流的减小,其中我们考虑到了自旋驰豫效应以及界面势垒对结果的影响。
在第三章中,我们运用南部(Nambu)表象的格林函数方法研究了铁磁体/超导体结中的近邻效应,讨论由于近邻效应而引起的界面附近超导态密度和序参量的变化。在界面铁磁体一侧附近我们发现了随着离开界面的距离而振荡衰减的超导序参量以及具有超导特征的态密度;而在界面超导体一侧附近则存在无能隙的超导电性。在本章的后半部分中,我们研究了正常金属/绝缘体/铁磁金属/超导体结构中的近邻效应,进一步说明了界面附近铁磁性和超导电性共存的问题,在超导一侧我们分别计算了自旋向上和向下准粒子的态密度,它们之间的差别证明了超导一侧弱铁磁性的存在。
在第四章中,我们研究超导体/铁磁体/超导体双结中的约瑟夫森效应,分别计算了在中间铁磁体取不同的厚度、以及不同的铁磁性强度的情况下,约瑟夫森临界电流随着温度的变化关系,讨论了中间铁磁层对于此种约瑟夫森结耦合状态的影响。
在第五章中,我们研究了铁磁体/超导体/铁磁体双结的热电性质。根据电流和热流的连续性条件,我们首先自恰地定出中间超导体的化学势和温度(作为两侧铁磁体的化学势和温度的函数),然后计算了这种双结的电导、热导和热电系数等,并讨论了铁磁性和超导电性对于系统热电性质的影响。