《介觀Josephson結及雙帶超導體中渦旋物質和磁通周期性研究》是依託上海大學，由査國橋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：介觀Josephson結及雙帶超導體中渦旋物質和磁通周期性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：査國橋
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
介觀超導體系中的新奇量子效應及其套用已成為當前研究熱點之一。在前期研究基礎上，本項目主要圍繞套用前景廣泛的介觀Josephson 結和雙帶超導體中的渦旋物質及磁通周期性展開基礎和套用研究。基於有效的Ginzburg-Landau 或Bogoliubov-de Gennes 理論框架，建立合適物理模型，系統深入研究體系量子輸運特性，擬取得以下主要成果：（1）結合最新實驗進展，通過介觀Josephson 結中Abrikosov 渦旋效應的研究，提出新型渦旋Ratchet 系統以及其在電壓整流等方面的深層次套用；（2）研究介觀Josephson 系統中的電流周期性演化及量子相變模式，揭示其基本規律，解釋相關實驗現象，並提出量子調控方法及套用原理；（3）進一步分析介觀雙帶超導體系中的渦旋態性質及磁通周期性，澄清渦旋態反常實驗現象，並預知新結果，為新型量子電子器件的研究與開發提供參考和基礎理論儲備。
結題摘要
受限超導體系中新奇量子效應因其廣泛套用前景已成為當前研究熱點之一。本項目主要基於有效的Ginzburg-Landau或Bogoliubov-de Gennes 理論框架，建立合適物理模型，系統深入研究了介觀Josephson結以及多帶p波超導體系中的渦旋物質及磁通周期性演化特性，取得了以下主要成果： （1） 介觀超導對稱或非對稱正方環（類似於Josephson通透結）中的磁通渦旋態結構以及渦旋-反渦旋配對態的產生和湮滅會受到外加直流和交流信號的強烈影響。同時，在該類系統中引入磁性或非磁性雜質，體系電流-磁通關聯隨著雜質特性及中間雜質層厚度的變化，會出現新奇的0-π態相變。另外，通過考慮界面鄰近效應和自旋倒易勢，分析了多類異質結系統中的反常自旋三重態超流及量子輸運特性，很好的解釋了近期實驗觀測結果。 （2） 對於介觀多連通超導系統，自旋-軌道耦合作用能使超導能級產生顯著分裂。在合適耦合強度及外加Zeeman場情形下，Majorana零能模式能夠在d波超導環中得以實現，並伴隨有新奇的超導量子相變，很好的解釋了實驗上出現的分數磁通周期性現象。另外，在介觀s波超導正方環中引入磁性雜質會引起能帶內束縛態，進而在某一合適的雜質強度時能隙會閉合。與此對應，自旋電流在零能點處會發生躍變，表現出新奇的電流演化情形。該類結果提供了實現和探測Majorana費米子的一種有效方法，對未來新型量子電子器件的研究與開發有重要基礎意義。 （3） 在p波對稱主導的混合配對超導系統中，化學勢的少許改變就可導致新奇的基態能量和磁化演化模式。在合適磁通下，基態能量發生躍變，進而引起自旋極化電流呈現分數周期性演化。對於介觀手征p波多連通超導系統，超導序參量的空間分布強烈依賴於環臂寬度、超導配對強度以及溫度的大小，很好的解釋了實驗上觀測到的非傳統量子振盪現象。特別的是，在該類系統中我們發現了新奇的斯格明子拓撲缺陷態以及半磁通量子的渦旋-反渦旋配對，這對理解手征p波超導體中潛在的拓撲超導電性具有重要意義。
