【摘要】：近年來,拓?fù)浣^緣體材料引起了人們的廣泛關(guān)注,成為凝聚態(tài)物理研究的重要熱點和前沿之一。它是一種有別于傳統(tǒng)金屬和絕緣體的物質(zhì),其表面沒有能隙,是能夠?qū)щ姷慕饘賾B(tài)體系,然而內(nèi)部表現(xiàn)為絕緣,具有奇異的量子特性。此外,當(dāng)拓?fù)浣^緣體與超導(dǎo)體或鐵磁絕緣體接觸時,時間反演對稱性被破壞,由于鄰近效應(yīng),邊界或表面態(tài)呈現(xiàn)奇特的量子輸運特性,對自旋電子學(xué)和量子信息等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價值。本文利用基于Bogoliubov-deGennes(BdG)方程的Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理論方法,通過理論解析推導(dǎo)和數(shù)值計算,研究了基于拓?fù)浣^緣體的由鐵磁絕緣體和非傳統(tǒng)的超導(dǎo)體所構(gòu)成的拓?fù)浼s瑟夫森(Josephson)結(jié)的超流性質(zhì)。第一,在不考慮拓?fù)浣^緣體兩表面耦合的情形下,我們研究了基于三維拓?fù)浣^緣體(TI)的s-波超導(dǎo)體/鐵磁絕緣體/正常TI/鐵磁絕緣體/dd-波超導(dǎo)體(s-SC/FI1N/FI2/d-SC)約瑟夫森結(jié)超導(dǎo)電流特點,其中d-波超導(dǎo)體具體為dxy-波或dx2-y2-波超導(dǎo)體。固定鐵磁區(qū)域F1的方向沿x軸、F2的磁交換場方向在x-z平面或x-y平面內(nèi)以及兩者大小相等,結(jié)果發(fā)現(xiàn),能夠發(fā)生奇異的約瑟夫森效應(yīng),并且奇異的約瑟夫森超流隨磁交換場方向間的夾角發(fā)生大小和方向的變化,從而實現(xiàn)“相位蓄電池”等功能。特別地,在s-SC/FI1/N/FI2/dx2-y2-SC結(jié)構(gòu)中,還能夠發(fā)生“超流整流效應(yīng)”和超流-相位關(guān)系的“兩量子化平臺”現(xiàn)象。不僅如此,在兩鐵磁區(qū)域的磁交換場方向均固定于x軸方向時,相位蓄電池在一定的磁交換場大小的范圍內(nèi)所儲存的相位幾乎不變,實現(xiàn)磁控制超流兩量子化平臺現(xiàn)象。除此之外,改變鐵磁區(qū)域的長度不僅對奇異的約瑟夫森效應(yīng)大小有著重要的影響,還能實現(xiàn)0-π結(jié)轉(zhuǎn)變。第二,同樣,在不考慮拓?fù)浣^緣體兩表面耦合的情形下,我們探討了不同磁構(gòu)型下三種基于三維拓?fù)浣^緣體的d-波超導(dǎo)體/鐵磁絕緣體/正常TI/鐵磁絕緣體/d-波超導(dǎo)體(d-SC/FI1/N/FI2/d-SC)約瑟夫森結(jié)的超流特點,其中d-波超導(dǎo)體具體為dxy-波或dx2-y2-波超導(dǎo)體。固定鐵磁區(qū)域F1的方向沿x軸或y軸、F2的方向分別在x-y等三個平面內(nèi)以及兩者大小相等。結(jié)果發(fā)現(xiàn),除了dx-波對稱超導(dǎo)結(jié)在磁交換方向夾角在y-z平面內(nèi)變化時,還是遵循常規(guī)的約瑟夫森效應(yīng)外,三種結(jié)構(gòu)中也都會發(fā)生奇異的約瑟夫森效應(yīng),并且隨著兩磁交換場方向在x-y等平面的夾角都發(fā)生了變化,從而實現(xiàn)對奇異的約瑟夫森電流的調(diào)控。此外,在F2沿x軸或y軸的分量與F1大小相等且固定不變的情形下,改變F2沿另一根軸分量的大小,同樣會發(fā)生奇異的約瑟夫森效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O469
【圖文】：

）表示三維拓?fù)浣^緣體的狄拉克表面態(tài)的示意圖，圖中箭維拓?fù)浣^緣體與二維拓?fù)浣^緣子體在本質(zhì)上沒有度控制在幾納米的極限時，這種量子薄膜可能是二維拓?fù)浣^緣體的厚度疊加成三維系統(tǒng)時，這樣的

Ｋｌａｕｓ邋ｖｏｎ邋Ｋｌｉｔｚｉｎｇ研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在低溫、強磁場環(huán)境下半導(dǎo)體逡逑與異質(zhì)交界面處的二維導(dǎo)電層，又稱二維電子氣（Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｇａｓ）逡逑具有特殊的電子輸運特性，其在強磁場中的霍爾電阻與磁場的線性關(guān)系將引起偏逡逑差，不再是線性的，而是呈現(xiàn)出一種階梯狀，即“量子化”，并且每個階梯平臺逡逑所對應(yīng)的電阻值準(zhǔn)確滿足ｈ／ｗ２，縱向電阻降到零，其中Ａ為普朗克常數(shù)，ｅ為逡逑電子電量，ｖ為一個整數(shù)。這些現(xiàn)象很清楚地表明這是一種量子效應(yīng)，后來就被逡逑稱為量子霍爾效應(yīng)。逡逑物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)量子霍爾系統(tǒng)樣品邊緣的ｖ個導(dǎo)電通道對量子霍爾系統(tǒng)有貢逡逑獻，被稱為邊緣態(tài)。圖（２．３ａ）展示了量子霍爾效應(yīng)的邊緣態(tài)，其特點是手性的逡逑

爾（Ｅｄｗｉｎ邋Ｈａｌｌ）于１８７９年發(fā)現(xiàn)的，是自然界中最基本的電磁現(xiàn)象之一。將一個通逡逑電的導(dǎo)體放置在磁場中，電荷沿磁場的垂直方向運動產(chǎn)生電流。在外部磁場中，逡逑當(dāng)電荷移動時，它受磁場的洛倫茲力的影響，這是載流子運動的偏移，如圖２．２逡逑所示。實驗結(jié)果產(chǎn)生了一個垂直于電流和磁場方向的橫向電位差。在這種現(xiàn)象中逡逑定義了霍爾電阻，其值與磁場呈線性關(guān)系。逡逑圖２．２霍爾效應(yīng)現(xiàn)象逡逑１９８０年，Ｋｌａｕｓ邋ｖｏｎ邋Ｋｌｉｔｚｉｎｇ研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在低溫、強磁場環(huán)境下半導(dǎo)體逡逑與異質(zhì)交界面處的二維導(dǎo)電層，又稱二維電子氣（Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｇａｓ）逡逑具有特殊的電子輸運特性，其在強磁場中的霍爾電阻與磁場的線性關(guān)系將引起偏逡逑差，不再是線性的，而是呈現(xiàn)出一種階梯狀，即“量子化”，并且每個階梯平臺逡逑所對應(yīng)的電阻值準(zhǔn)確滿足ｈ／ｗ２，縱向電阻降到零，其中Ａ為普朗克常數(shù)，ｅ為逡逑電子電量，ｖ為一個整數(shù)。這些現(xiàn)象很清楚地表明這是一種量子效應(yīng)，后來就被逡逑稱為量子霍爾效應(yīng)。逡逑物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)量子霍爾系統(tǒng)樣品邊緣的ｖ個導(dǎo)電通道對量子霍爾系統(tǒng)有貢逡逑獻

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本文編號：2791996