超导体/半导体异质结构库珀对劈裂的理论研究

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超导体与正常金属通过量子点耦合的结构,是介观电子输运领域的重要研究内容,也是研究超导关联的典型系统。由于量子点能够根据电路的几何设计需要,以不同的形式嵌入到电路中,从而引发多种不同的干涉现象,所以通过设计不同电路结构来控制量子干涉,能够实现对交叉Andreev反射的增强,达到提高库珀对劈裂效率的目的。基于上述思想,本文采用散射矩阵方法和非平衡格林函数理论,分别对双量子点库珀对劈裂模型和单量子点Fano干涉器模型的量子输运性质进行了全面的理论研究。本文具体分析了两个模型中,局域Andreev反射和交叉Andreev反射与模型中各结构参数的关系,并给出了增强交叉Andreev反射而抑制局域Andreev反射的模型参数,为实验上提高库珀对劈裂效率提供了理论支撑。本文主要进行了以下两个方面的理论研究:  首先,本文讨论了在双量子点库珀对劈裂模型中的Andreev反射特性。通过引入局域磁通,文章依次探讨了在量子点中无库仑相互作用、存在一定的库仑相互作用和库仑相互作用为无穷大这三种情况下,各个模型参数对Andreev反射的影响。理论分析表明,磁相因子会以不同方式调整局部Andreev反射和交叉Andreev反射,数值结果表明,磁相因子φ=3π/2时,交叉Andreev反射较强,而局域Andreev反射较弱。外加偏压能够同时增强交叉Andreev反射和局域Andreev反射,但交叉Andreev反射在φ=3π/2时依然占据主导地位,这一现象在线性区和非线性区均存在。另一方面,外加偏压能够增强两种Andreev反射能力,量子点能级和点间耦合系数对局域两种Andreev反射都有明显影响。所以通过选择合适的模型参数,可以实现对交叉Andreev反射的增强,对局域Andreev反射进行抑制,进而提高库珀对劈裂效率。  然后,本文讨论了单量子点Fano干涉器模型中的Andreev反射特性。引入局域磁通后,文章分别讨论了在量子点中无库仑相互作用与存在库仑相互作用的情况下,各个模型参数是如何影响Andreev反射的。由于磁相因子导致了局域Andreev反射和交叉Andreev反射的非同步振荡,因此通过选择合适的磁相因子以及其他结构参数,能够有效增强交叉Andreev反射,而抑制局域Andreev反射。数值结果表明,当磁相因子φ=π/2时,交叉Andreev反射最强,而局域Andreev反射较弱。当存在外加偏压时,两种Andreev反射都得到增强,但依然能够通过选择恰当的结构参数,使交叉Andreev反射占据主导地位。此外,电极间耦合系数以及其他结构参数对Andreev反射也有一定影响。  无论是否考虑量子点中的库仑相互作用,通过选取适当的磁相因子、电极间(量子点间)耦合系数以及量子点能级等参数,总可以实现交叉Andreev反射的增强,这对库珀对劈裂的理论研究具有重要意义。
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