《新型量子結構中的Andreev反射和鄰近效應》是依託南京大學，由邢定鈺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型量子結構中的Andreev反射和鄰近效應
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邢定鈺
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目理論研究非超導金屬/超導體界面的Andreev反射(AR)和鄰近效應, 是凝聚態物理學的國際前沿研究課題,在基礎研究和套用前景兩方面都有重要科學意義。非超導一側可以是鐵磁金屬、鐵磁半金屬、石墨烯、和拓撲絕緣體等；超導體一側可以有各類超導序參量的對稱性，s波、推廣的s波、各向異性的d波和p波、Majorana費米子等，也可以是多帶結構。研究的問題包括各類隧道結的電子隧道譜和散粒噪聲, 鐵磁半金屬/超導結中發生在同一自旋子能帶中的反常AR，石墨烯基的非超導金屬/超導結的鏡面AR，拓撲絕緣體/超導體界面保證時間反演不變的AR，拓撲絕緣體的金屬表面層形成超導對勢和Majorana束縛態的可能性，以及交叉AR產生非定域的糾纏電子對或糾纏的電子-空穴對的量子結構。理論研究用以解釋相關實驗結果，設計新的量子結構，和預言新的物理效應，為探索新型超導電子學和自旋電子學器件提供依據和方案。
結題摘要
本項目研究了非超導金屬/超導體界面的Andreev反射和鄰近效應。不僅按照原計畫，非超導一側包括了鐵磁金屬，磁性半金屬，石墨烯和拓撲絕緣體，而且還包括了外爾半金屬和分數量子霍爾液體。超導一側包括通常的 s波BCS超導體，Fulde-Ferrell超導體，和鐵基超導體。研究了許多新穎的物理效應，比如在拓撲絕緣體/超導界面，在分數量子霍爾液體/超導界面，和在正常導體/Fulde-Ferrell超導體界面系統的交叉Andreev反射效應；反演對稱的外爾半金屬構成的正常導體/超導體界面的鏡面Andreev反射效應；超導/鐵磁多層結構/超導的約瑟夫森結的長程三重態超導臨界電流。運用這些新穎的物理效應解決重要的物理問題和設計新穎的量子器件，比如提出通過超導庫柏對的交叉Andreev反射在二個分離的量子自旋霍爾系統中形成固態電子糾纏，通過全電學的方法實現任意自旋極化方向的自旋關聯函式測量和實現Bell檢驗；提出運用具有Y形狀正常導體/Fulde-Ferrell超導體界面結的Andreev干涉儀檢測Fulde-Ferrell超導態的方案，提供了一個檢測Fulde-Ferrell超導體中庫柏對動量的鑑別性方案；提出運用外爾半金屬的導體/超導體界面系的電子隧穿譜區分BCS超導態和FFLO超導態。 在完成原定研究目標的前提下，我們還對量子自旋霍爾系統的體能隙，邊緣態，自旋陳數表征的拓撲序做了深入研究。我們提出用自旋陳數作為QSH態的拓撲不變數，發現時間反演對稱破缺後，QSH態保持拓撲序，從而將QSH概念拓展到無時間反演對稱的系統。我們理論分析和數值計算證明了時間反演對稱破缺的QSH系統的邊緣態, 或者無能隙或者無自旋譜隙，必居其一。我們還提出了一個在樣品邊緣進行磁性摻雜形成狹窄鐵磁區，而穩定QSH 效應的實驗方案。該組成果發表在16篇SCI學術期刊上，包括3篇在Phys. Rev. Lett.，被國際同行專家的二百多篇論文引用，認可我們最早提出時間反演對稱破缺的量子自旋霍爾態，並被實驗證實。 申請人以及項目參與者發表SCI論文43篇，3篇在 Phys. Rev. Lett. 和8篇在 Phys. Rev. B & A。所有論文都標註了國家自然基金項目的資助和項目批准號 11174125 (見附屬檔案的打黃部分)。在基金執行的4年，邢定鈺教授指導的六位研究生獲博士學位，三位博士後工作和出站。
