研究了以拓扑绝缘体为母体材料的超导拓扑绝缘体的电子性质。本文计算了L。Fu和E. Berg(Phys. Rev. Lett. 105,097001)。由于四对中的三对的比热温度依赖性的线形几乎相同,因此很难简单地从比热中识别它们。另一方面,我们得到了反映库珀对自旋结构的各种自旋磁化率随温度的变化。本文提出通过改变外加磁场的方向,测量奈特位移,可以确定超导拓扑绝缘体的对对称性。
英文摘要:
We study electronic properties of a superconducting topological insulator whose parent material is a topological insulator. We calculate the temperature dependence of the specific heat and spin susceptibility for four promising superconducting pairings proposed by L. Fu and E. Berg (Phys. Rev. Lett. 105, 097001). Since the line shapes of temperature dependence of specific heat are almost identical among three of the four pairings, it is difficult to identify them simply from the specific heat. On the other hand, we obtain wide varieties of the temperature dependence of spin susceptibility for each pairing reflecting the spin structure of Cooper pair. We propose that the pairing symmetry of superconducting topological insulator can be determined from measurement of Knight shift by changing the direction of applied magnetic field.
Effect of Fermi surface evolution on superconducting gap in superconducting topological insulator
超导拓扑绝缘体是一种很有希望的拓扑超导体。最近的实验表明,三维费米面演化为二维费米面。我们发现费米面上的超导能隙结构随着这种演化而系统地变化。阐明了自旋晶格弛豫速率和比热等体电子性质与费米面的形状和能隙函数的类型有关。这些结果可作为确定Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$的配对对称性的指导。
High bias anomaly in YBa2Cu3O7/LaMnO_{3+delta}/YBa2Cu3O7 Superconductor/Ferromagnetic Insulator/Superconductor junctions: Evidence for a long-range superconducting proximity effect through the conduction band of a ferromagnetic insulator
研究了超导体/铁磁绝缘体/超导体($_2$ O $_{7-x}$ /LaMnO $_{3+δ}$ /$_2$ O $_3$)隧道结的垂直输运特性.在一个大的偏置电压$V\sim 1$ V,我们观察到一个阶梯状的开始过电流,发生在超导转变温度$T<T_c$以下,很容易被磁场抑制。这种现象是由于非平衡电子通过Fowler-Nordheim隧穿过程注入到铁磁绝缘体导带中的一种新型的超导邻近效应。强非平衡布居的发生证实了在大偏压下的光子发射的检测。由于我们的铁磁绝缘体中的导带是强自旋极化的,所观察到的长程(20 nm)邻近效应为非传统的自旋三重态超导态提供了证据。
Hexagonal warping effect to Majorana zero modes at ends of superconducting vortex line in doped 3D strong topological insulators
在超导拓扑绝缘体中,超导涡旋线可以捕获一维拓扑带,其端部具有局域化的马约拉纳零模(MZM)。在本工作中,我们研究了六角弯曲对涡旋相变的影响。我们对Bogliubov de Gennes方程进行了基于半经典公式的解析计算和基于全量子力学的数值计算。我们发现六角弯曲项随着化学势的变化而扩大了涡旋线的拓扑区域,即使在没有拓扑表面态的情况下也会导致MZM。
Surface electronic state of superconducting topological crystalline insulator
研究了掺杂拓扑晶体绝缘体在超导态下的表面态。受Sn $_{1-x}$ In $_x$ Te的启发,我们考虑了完全带隙的对势,计算了表面光谱函数。发现在(001)面出现了镜保护的零能Andreev束缚态,这些束缚态可以沿表面布里渊区的镜对称线运动。我们还表明,表面Andreev束缚态的变化系统的掺杂由于在正常状态下的狄拉克表面状态的存在。
Localization of Metal-Induced Gap States at the Metal-Insulator Interface:Origin of Flux Noise in SQUIDs and Superconducting Qubits
功率谱标度为$1/f$($f$是频率)的超导量子干涉器件中磁通量噪声的起源一直是一个谜超过20年。这种噪声限制了超导量子比特的退相干时间。一个共识已经出现,噪声来自于局部电子的面密度为$5\times10^{17}$ m $^{-2}$的自旋波动。我们表明,在金属-绝缘体界面的潜在的障碍的存在下,一些金属诱导的间隙状态成为本地化,并产生本地的时刻。适度的无序程度产生所观察到的面密度。
Quasi-classical theory of tunneling spectroscopy in superconducting topological insulator
本文发展了超导拓扑绝缘体(STI)的隧穿谱理论,即载流子掺杂拓扑绝缘体的超导态。基于准经典近似,我们得到了表面Andreev束缚态(ABS)的能量色散的解析表达式和正常金属/STI结隧穿电导的简洁公式.所得到的隧穿电导的简洁公式使实验数据的分析变得容易。作为我们理论的应用,我们研究了Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$的隧穿电导。我们揭示了我们的理论再现了Yamakage { \it et al} [Phys. Rev. B 85,180509(R)(2012)]的先前结果。我们进一步研究了在外加磁场中准粒子的能量由于多普勒效应而移动的磁隧道谱。通过旋转基面上的磁场,我们可以在磁隧穿谱中区分两种不同的拓扑超导态,即有和没有点节点。
Dirac-Fermion-Induced Parity Mixing in Superconducting Topological Insulators
我们自洽地研究了超导拓扑绝缘体的表面态。我们澄清,如果一个拓扑平凡的散装s-波配对对称性实现,宇称混合的对潜在的表面附近是有害的增强表面狄拉克费米子,打开一个额外的表面间隙大于散装。与经典的s波超导体相比,所得到的表面态密度在诱导能隙处除了在体能隙处的常规峰之外,还具有额外的相干峰。我们还发现,没有这样的额外的峰出现奇宇称超导体与圆柱费米面。计算结果表明,Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$中的简单U形扫描隧道显微镜谱不是源于s波超导电性,而是可以用具有圆柱费米面的奇宇称超导电性来解释.
Unconventional Pairing in Doped Band Insulators on a Honeycomb Lattice : the Role of the Disconnected Fermi Surface and a Possible Application to Superconducting $β$-MNCl (M=Hf,Zr)
Evidence for a two-fold symmetric superconducting gap in a monolayer of FeSe$_{0.5}$Te$_{0.5}$ on a topological insulator
利用低温扫描隧道谱(STS)研究了生长在三维拓扑绝缘体Bi $_{2}$ Se $_{1.2}$ Te $_{1.8}$上的FeSe $_{0.5}$ Te $_{0.5}$单层膜的超导性质.虽然形态和整体的转变温度类似于那些类似的掺杂块状晶体,空间分辨光谱数据在1.1K的超导能隙中显示出更大的空间不均匀性。尽管间隙的不均匀性,所有的光谱可以拟合与一个双重的各向异性s波间隙函数。从Bogoliubov准粒子干涉(QPI)图中可以明显看出间隙对称性的双重性质,该图显示了不同的C $_{2}$对称散射强度。我们认为,间隙的不均匀性出现的结果,在我们的系统中的内在无序无序类似于无序的传统超导体。尽管我们的大部分研究结果与目前对相应体系统的理解明显不同,但它为研究Fe硫属化物中的非常规超导性提供了一个理想的平台,该硫属化物减薄到单层并靠近拓扑绝缘体。
Field-angle-dependent low-energy excitations around a vortex in the superconducting topological insulator CuxBi2Se3
研究了超导拓扑绝缘体Cu $_{x}$ Bi $_{2}$ Se $_{3}$中单涡旋附近的准粒子激发,重点研究了点节点超导态.受最近Knight位移测量的启发,我们提出了两种方法来检测点节点的位置,在准经典处理中使用Kramer-Pesch近似的显式态密度公式。平行于$c$轴的涡旋周围的零能局域态密度具有双重形状,并且随着能量的增加沿着节方向分裂;这些行为可以通过扫描隧道显微镜检测到。当磁场平行于点节点方向时,在$a$ - $b$平面上旋转磁场下态密度的角度依赖性具有深极小值,这可以通过角分辨热容和热导率测量来检测。所有的理论预测都可以通过标准的实验技术在磁场中检测到。
Andreev reflection spectroscopy on Bi$_{2}$X$_{3}$ (X = Se, Te) topological insulators: Implications for the c-axis superconducting proximity effect
利用Andreev反射(AR)作为超导邻近效应(PE)的实验规范,我们评估了s波超导体与拓扑绝缘体Bi $_{2}$ X $_{3}$(X=Se,Te)之间的c轴PE所诱导的超导性的拓扑纯度.在4.2 K下用Nb针尖在Bi $_{2}$ X $_{3}$单晶上进行点接触AR光谱。扫描隧道光谱也被用来定位费米能级$E_F$相对于晶体中的狄拉克点。AR数据进行了分析与Blonder-Tinkham-Klapwijk理论,考虑到尖端诱导的自旋轨道耦合,费米表面失配,并在$E_F$的体带和拓扑表面状态的共存。我们的研究结果表明,可以接近诱导到Bi $_{2}$ X $_{3}$的超导电性主要是非拓扑的。
Conductance spectroscopy of a proximity induced superconducting topological insulator
研究了Au/Bi $_{1.5}$ Sb $_{0.5}$ Te $_{1.7}$ Se $_{1.3}$ /Nb器件中与s波超导电极(STI)直接接触的拓扑绝缘体的全带隙区域与周围拓扑绝缘体薄片(TI)之间的邻近效应。的设备的电导谱示出了一个大的感应间隙中的STI的存在,以及在正常的部分的TI的超导相关的感应上的无功能量的顺序。零能量附近的电导调制的形状在器件之间变化,并且可以通过SNN'(S是超导体,N是超导近似材料,N'是正常金属)器件中的s波诱导的超导性的现有理论来解释。所有的电导谱显示在STI的诱导间隙处的电导下降。
Fabrication and Characterization of Superconducting Quantum Interference Device using (Bi_{1-x}Sb_x)_2Se_3 Topological Insulator Nanoribbons
报道了由(Bi_{1-x} Sb_x)_2Se_3拓扑绝缘体(TI)纳米颗粒(NR)与Pb_(0.5)In_(0.5)超导电极连接制成的超导量子干涉器件(SQUID)的制备和电输运性质。在超导Pb_(0.5)In_(0.5)电极的转变温度以下,由于磁通量子化,在垂直于平面的磁场作用下,在TI NR SQUID中观察到临界电流的周期振荡。输出电压也作为外部磁场的函数进行调制。此外,SQUID显示电压调制包络,其被认为代表每个单个结的Fraunhofer样图案。TI NR SQUID的这些性质将为研究Majorana费米子提供一种有用的方法。
Superconducting proximity effect in a strongly correlated charge-transfer insulator
School of Integrated Circuits and Electronics, MIIT Key Laboratory for Low-Dimensional Quantum Structure and Devices, Beijing Institute of Technology(北京理工大学集成电路与微电子学院,工业和信息化部低维量子结构与器件重点实验室)