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近年来,随着介观物理和纳米加工技术的发展,介观超导电性的研究也取得了长足的进展。本文使用非平衡格林函数理论对正常──超导介观混杂系统中的电子输运特性进行了理论研究,主要包括以下内容:
在第一章中,我们首先简要地介绍了两种由于超导存在而出现在介观混杂系统中的新的物理现象:Andreev反射和交叉Andreev反射,接着以一个简单的正常金属──超导系统模型为例子,详细介绍了用非平衡格林函数方法计算直流电流的五个步骤:(1)根据研究对象写出系统模型的哈密顿量;(2)用Henseiberg运动方程的方法,把电流表示成格林函数G?的形式,其中下标n表示中间散射区,κ表示导线;(3)应用解析延拓定理,把G?表示成中间散射区的格林函数G〈,m〉和孤立导线的格林函数g〈’κ〉的乘积;(4)选择适当的近似方法,求出导线与中间散射区之间的自能∑;(5)根据Keldysh方程求出中间散射区的格林函数G〈,nm〉,代入并得到电流表达式。这种方法是本文所使用的最主要的研究方法。
在第二章中,我们具体研究了一个通过量子点耦合的三端子铁磁金属──非磁半导体──超导体介观混杂系统。经过分析认为,这种自旋注入器工作的物理机制是:存在于非磁半导体中的两种输运过程(正常的准粒子透射过程与交叉Andreev反射过程)之间的竞争。利用第一章中介绍的非平衡格林函数方法,我们从解析上推导出非磁半导体中自旋向上及自旋向下的电流表达式。通过调节系统的参数(如量子点门电压等),我们在非磁半导体一端获得各种自旋极化度的自旋流,如,仅有自旋向上或仅有自旋向下的自旋极化电流,而在一定条件下,我们甚至可以得到纯自旋流。另外我们还给出了在实际应用这种设备时应该注意的事项。
在第三章中,我们研究了正常金属——超导介观混杂系统中自旋翻转效应对非平衡输运性质的影响。利用非平衡格林函数方法,我们首先导出了一个适用于任意偏压和任意温度的电流的一般公式;并从得到的电流公式出发,分析了产生电流的物理过程;接着讨论了线性电导随着系统参数的变化,发现:对于量子点中不同的自旋翻转强度,线性电导出现了各种各样的共振峰。最后,我们用数值计算的方法研究了当外加偏压小于超导能隙时的电流电压关系。
在第四章中,我们从理论上研究了三端子正常金属——正常金属——超导介观混杂系统中的热电输运性质。运用非平衡格林函数方法,我们将在任意温度和任意偏压情况下推导出从正常金属和超导流向量子点的电流公式。接着,我们将研究在低温小偏压情况的输运特性,形式上导出电导矩阵和热电系数矩阵的表达式。最后我们将用数值计算的方法研究thermopower矩阵的矩阵元随量子点能级的变化关系。
在本文的最后一章,我们做了一个简单的总结和展望。