Inversion in a four terminal superconducting device on the quartet line: II. Quantum dot and Floquet theory
在本文中，我们考虑一个量子点连接到四个超导终端偏置在相反的电压上的四重线。接地超导体包含一个由磁通量$Φ$穿过的回路。我们提供了四重态电流的电压- $V$依赖性的Keldysh微观计算和物理图片。预计在$Φ/Φ_0=0$的超导性比在$Φ/Φ_0=1/2$的超导性强。然而，在电压- $V$范围内的四重线上的临界电流$I_{q,c}(V,Φ/Φ_0)$中获得反转$I_{q,c}(V,0)<I_{q,c}(V,1/2)$，该电压- $V$范围匹配在$(V,Φ/Φ_0=0)$但不在$(V,1/2)$处的Floquet谱中避免的交叉。$I_{q,c}$的减少出现在那些避免的交叉点附近，在那里Landau-Zener隧穿产生Andreev束缚态的动态量子力学叠加。此外，随着$V$进一步增加，在电流-相位关系中出现$π$-$0$和$0$-$π$交叉。电压引起的$π$ -移位被解释为起源于由电压偏置产生的非平衡Floquet种群。数值计算结果表明，该反演对强Landau-Zener隧穿和量子点中的多能级具有鲁棒性。我们的理论提供了一个简单的“Floquet水平和人口”机制的反转调整的偏置电压$V$，这铺平了道路，为更现实的模型，为最近的哈佛大学小组实验中观察到的反转。
2020-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Full Counting Statistics of a Superconducting Beam Splitter
本文研究了具有一个超导端和两个正常金属端的介观三端器件中电荷输运的统计特性。我们计算了传输到两个对称偏置正常终端的电荷的全部分布。在很宽的参数范围内，我们发现在两个正常的手臂的电流之间的大的正互相关。我们还确定了第三个累积量，它提供了关于当前噪声中不包含的统计信息的额外信息。
2002-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gate-tunable zero-frequency current cross-correlations of the quartet mode in a voltage-biased three-terminal Josephson junction
三端约瑟夫森结在相反的电压偏置可以维持一个相敏直流电流携带三体静态相位相干，称为“四重态电流”。我们计算零频率电流噪声互相关，并回答这个电流是有噪声的（如响应于电压降的正常电流）还是无噪声的（如响应于相位降的平衡超电流）。具有能量为$ε_0$的能级的量子点连接到具有间隙$Δ$的三个超导体$S_a$、$S_b$和$S_c$，偏置在$V_a=V$、$V_b=-V$和$V_c=0$，并且具有中间接触电阻。在零温度下，非局域四重态（在四费米子关联的意义上）是无噪声的亚间隙电压在非共振点制度$ε_0/Δ\gg 1$，这是证明了与半解析微扰展开的交叉相关。噪声揭示了在非共振点制度下，尽管电压有限，但从$S_c$到$(S_a,S_b)$的超流分裂的粒度的缺乏。在共振点机制$ε_0/Δ< 1$中，在$(V_a,V_b)$平面中测量的互相关应揭示在四重线$V_a+V_b=0$附近的“异常”，其与对噪声的额外贡献相关，表明在三体相变量的出现下互相关的相位敏感性。引入了与相位相关的有效Fano因子$F_φ$，定义为噪声和电流的相位调制幅度之间的比值。在低偏压下，Fano因子$F_φ$在谐振点区$ε_0/Δ< 1$中为1阶，在非谐振点区$ε_0/Δ\gg 1$中为零。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Hybridization of topologically distinct quartet modes in three-terminal graphene Josephson junctions
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Université Grenoble-Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Grenoble INP（格勒诺布尔理工学院）；Institut NEEL（NEEL研究所）
本研究通过三维石墨烯约瑟夫森结观测到四元共振，揭示了超导相变中的拓扑缠绕现象，并展示了多终端超导设备在拓扑带结构设计中的潜力。
2026-01-25 cond-mat.mes-hall
Quartets and the Current-Phase Structure of a Double Quantum Dot Superconducting Bijunction at Equilibrium
本文分析了三端超导约瑟夫森结（双结）的平衡电流-相位结构与两个相关相位的关系。双结由两个不相互作用的量子点组成，每个量子点携带一个能级。耦合的三个终端的非本地过程中描述的四重隧穿和对cotunneling。这些耦合是由于通过中心超导体$S_0$的非局域Andreev和共隧穿过程，以及直接点间耦合。在某些情况下，出现两个简并的中间带隙Andreev态，相对于（$π,π$）点对称。在足够低的温度下，通过点间耦合解除这种简并性会引起强的非局部电感。该效应与双环路的互感进行比较。
2014-12-12 cond-mat.mes-hall
Partially resummed perturbation theory for multiple Andreev reflections in a short three-terminal Josephson junction
在透明的三端约瑟夫森结中，由于多个Andreev反射（MAR）阈值和对电流中的多对共振之间的相互作用，模拟非平衡输运是具有挑战性的。提出了一种近似方法，称为“非局部格林函数数的部分恢复微扰理论”，该方法可以在标准计算机上运行，并证明与文献中现有结果的兼容性。在由两个相邻界面（具有中间透明度）通过中心超导体连接的线性结构中，分别通过每个界面的隧穿被考虑到所有阶。相反，连接两个界面的非局部过程在最低的相关顺序。这就产生了在间隙边缘的几何发散贡献，这足以作为半定量描述。该方法能够描述在整个二维电压范围内的电流，包括相称以及不相称的值。多对（例如四重峰）电流相位特性以及MAR阈值的结果与以前的结果是兼容的。在中间的透明度，多对临界电流是远远大于背景MAR电流，这支持了四重和多对共振的实验观察。本文提供了一个证明的原则，在未来解决准粒子和多对之间的相互作用，在四端结构。
2016-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
D.C. Josephson transport by quartets and other Andreev resonances in superconducting bijunctions
双结是三端约瑟夫森结，其中三个超导体通过由金属区域或量子点制成的单个弱连接连接。用相应的电压偏置两个超导体，产生安德烈耶夫共振，产生由相关库珀对组成的直流约瑟夫森电流。例如，在施加电压（0，V，-V）的情况下，由两个纠缠的库珀对形成的四重态由一个储存器朝向另外两个储存器发射。涉及非平衡格林函数的理论揭示了起作用的微观机制，例如，提供节能和完全相干通道的多个相干Andreev反射。最近的实验扩散铝-铜双结显示运输异常的四重共振解释。
2014-09-08 cond-mat.mes-hall
Multiterminal ballistic Josephson junctions coupled to normal leads
多端约瑟夫森结近年来引起了人们极大的理论兴趣，许多工作都致力于将Coopers（即所谓的四重态）之间的关联预测和拓扑物质的模拟付诸实验检验。本论文的动机是最近的实验研究，从哈佛大学的报告$h/4e$ -周期性的四重态信号在一个四端配置包含一个由磁通量穿透的环路，以及由偏置电压控制的反转，即四重态信号可以在半通量量子比在零磁场更大。在这里，我们理论上专注于由有限大小的量子点连接到四个超导和一个正常的铅组成的设备。除了在一个简化的模型内提出四重信号的数值计算，我们减少了设备的非厄米哈密顿在无限间隙的限制。然后，弛豫具有令人惊讶的效果，产生尖锐的峰值和对数正态变化的电压灵敏度的四重信号，尽管预期的温和波动的两端直流约瑟夫森电流。这种现象让人联想到共振驱动的谐振子，其振幅与阻尼率成反比，以及超导弱连接的热噪声，与Dynes参数成反比。展望涉及量子浴工程多端约瑟夫森结的电路腔量子电动力学。
2022-03-19 cond-mat.mes-hall
Crossed graphene nanoribbons as beam splitters and mirrors for electron quantum optics
我们从理论上分析了由两个交叉的石墨烯纳米带（GNRs）组成的4端电子器件，并表明它们可以用作分束器或反射镜。这些功能被确定为在低能量区域中的电子，其中存在一个单一的价带或导带。我们的模型是基于$p_z$轨道紧束缚与斯莱特-Koster型矩阵元素拟合，以准确地再现低能量带从密度泛函理论计算。我们系统地分析了所有的设备，可以构建与锯齿形或扶手椅GNRs在AA和AB堆叠。从格林函数理论的弹性电子输运性能被量化为一个功能的带宽度。我们发现，相对较窄的锯齿形GNRs和AA堆叠扶手椅GNRs组成的设备是最有趣的候选人，以实现电子束分裂器与接近50-50的比例在两个输出端。带较宽的结构提供了电子镜，其中电子波大部分被转移到另一个带的输出端，或者电子过滤器，其中散射敏感地取决于传播电子的波长。我们还测试了这些输运性质对交叉角，堆叠模式，晶格变形的变化的鲁棒性（单轴应变）、GNR间分离和层之间的静电电势差。这些共性特征表明GNRs是构建电子量子光学系统的有趣的基本元件。
2020-07-27 cond-mat.mes-hall
Absence of split pairs in the cross-correlations of a highly transparent normal metal-superconductor-normal metal electron beam splitter
利用散射理论研究了三端正常金属-超导体-正常金属（NSN）混合结构的非局域电导和电流互相关。Mélin、Benjamin和Martin [Phys.Rev.B77，094512（2008）]发现的高透明度下的正互相关不是由于交叉Andreev反射。另一方面，本地过程可以通过无反射隧穿增强，但这种机制对非本地过程和电流互相关的影响很小。因此，库珀对分裂不能通过无反射隧穿来增强。总的来说，这表明具有高度透明或有效高度透明界面的NSN结构不适合在实验上产生纠缠分裂电子对。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A tunable electronic beam splitter realized with crossed graphene nanoribbons
石墨烯纳米带（GNRs）是未来纳米电子学中很有前途的组件，这是由于石墨烯电子的大迁移率和其可调的电子带隙结合最近的实验发展的表面化学策略用于其生长。在这里，我们探讨了一个原型4端半导体器件形成的两个交叉扶手椅GNRs（AGNRs）使用国家的最先进的第一性原理传输方法。我们详细分析了交叉角，堆叠顺序，GNR间的分离，和有限的电压上的输运特性的作用。有趣的是，当AGNR在$θ= 60^\circ$处相交时，从一端注入的电子可以被分成两个出射波，其可调谐比率约为50%，背反射几乎可以忽略不计。分裂的电子波被发现部分地直线传播穿过一个带中的交叉区域，部分地在另一个带的一个方向上传播，即，类似于光学分束器。我们的模拟进一步确定了这种半导体器件可以作为机械可控电子分束器的现实条件，可能应用于碳基量子电子电路和电子光学。我们合理化我们的研究结果与一个简单的模型，表明电子分束器通常可以实现交叉GNRs。
2016-11-10 cond-mat.mes-hall
Positive Cross Correlations in a Normal-Conducting Fermionic Beam Splitter
我们研究了在量子霍尔机制下，在正常导电的费米子电子气中实现的分束器实验。三端器件的两个出口引线中的电流波动之间的互相关被发现是负的，零，甚至是正的，这取决于设备内的散射机制。互相关符号的恢复是由于不同边态之间的相互作用而发生的，并不反映“反聚束”的费米子粒子的统计。
2006-02-03 cond-mat.mes-hall
Full counting statistics of incoherent Andreev transport
本文研究了由正常金属部分连接到超导终端的异质结的全计数统计。假设相干超导关联被抑制在正常的金属，我们表明，使用Keldysh-Nambu格林函数，该系统可以映射到一个纯粹的正常系统的两倍的元素数量。对于具有多个正常终端的超导分束器，我们得到了计数统计的一般结果。
2003-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ultralong-distance quantum correlations in three-terminal Josephson junctions
铁磁-超导-铁磁或正常金属-超导-正常金属三端结构中纠缠电子对的产生在过去的二十年里引起了人们极大的兴趣。在这些研究中，接触之间的距离受到零能超导相干长度的限制。在这里，我们证明了电压偏置的三端约瑟夫森结在超长的距离，超过超导相干长度的数量级的非局域性和量子相关性。这种效应依赖于时间周期性Floquet-Josephson动力学、库珀对分裂和长程耦合之间的相互作用，类似于双端Tomasch效应。我们发现“Floquet-Andreev四重奏”（如果空间间隔小于超导相干长度）和"超长距离Floquet-Tomasch库珀对簇“（如果间隔超过超导相干长度）之间存在交叉，可能达到与Tomasch实验相同的$\simeq 30\,μ$ m。这种效应可以用直流输运和零频量子电流噪声互相关实验来检测，它可以用于量子工程电路中超导准粒子量子相干性的基础研究。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Sub-Gap Structure in the Conductance of a Three-Terminal Josephson Junction
研究了三端超导体（S）-正常金属（N）-超导体（S）约瑟夫森结。在一个T形的正常金属连接到三个超导水库的几何形状，新的子间隙结构出现在微分电阻的超导体化学势的特定组合。这些对应于设备内库珀对的相关运动，这些运动远高于无干扰能量，并且与由两个纠缠的库珀对形成的四重态的预测一致。一个简化的非平衡Keldysh格林函数计算支持这种解释。
2014-07-06 cond-mat.mes-hall
Spin-polarizing electron beam splitter from crossed graphene nanoribbons
由两个交叉的石墨烯纳米带（GNR）组成的结已经在理论上被提出作为电子束分裂器，其中一个GNR中的入射电子波可以相干地分裂成\emph{two}输出端子中的传播波，具有几乎相等的幅度和零反向散射。在这里，我们仔细研究这种效果的设备组成的窄锯齿GNRs明确考虑库仑排斥的作用，导致自旋极化的边缘状态内的平均场论。我们表明，光束分裂效应生存的开放的著名的相关间隙，更引人注目的是，出现了一个\emph{spin-dependent}散射电位自旋极化的传输电子在两个输出。通过串联连接几个结可以实现近乎完美的偏振。我们的研究结果表明，GNRs是自旋电子学和量子技术中有趣的构建模块，可用于干涉测量和纠缠。
2022-07-12 cond-mat.mes-hall
Positive current cross-correlations in a highly transparent normal-superconducting beam splitter due to synchronized Andreev and inverse Andreev reflections
建立了对称偏置三端正常金属-超导体-正常金属（NSN）器件中线性微分电流-电流互相关dSab/dV的预测。高度透明的接触变得特别有趣，因为它们具有正的dSab/dV。在高透明度下，基于交叉Andreev反射（CAR）的过程对电流和dSab/dV的贡献可以忽略不计。在这种情况下，电流-电流的互相关可以解释为两个NS界面之间的相干耦合，其形式为同步Andreev反射和逆Andreev反射，对应于一对类电子准粒子和一对类空穴准粒子从正常电极到达超导体并在超导体中湮灭的过程。因此，正的dSab/dV并不自动意味着CAR。对于隧道接触，由于CAR，dSab/dV为正。在这两个极端之间，在中间的振幅，dSab/dV是负的，因为导致正相关的两个过程，只发生在小幅度。我们使用散射理论来获得电流和噪声的解析表达式，并使用紧束缚模型进行微观计算，以获得对物理过程的清晰解释。
2010-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Simple Floquet-Wannier-Stark-Andreev viewpoint and emergence of low-energy scales in a voltage-biased three-terminal Josephson junction
三端约瑟夫森结由三个超导体相干耦合到一个小的非超导岛，如扩散金属，单或双量子点。考虑了一个特定的谐振单量子点三端约瑟夫森结$(S_a,S_b,S_c)$，用电压$(V,-V,0)$偏置，但结论更普遍地适用于谐振半导体量子线设置。一个简单的物理图片的稳定状态，使用Floquet理论。结果表明，平衡Andreev束缚态（$V=0$）演化为非平衡Floquet-Wannier-Stark-Andreev（FWS-Andreev）阶梯共振态（$V\ne 0$）.这些共振由于多次Andreev反射（MAR）过程而获得有限的宽度。我们还考虑了非本征线宽展宽对量子点的影响，通过Dynes现象学参数引入。直流四重电流表现出在低电压下的外在弛豫为主的制度，由于在较高电压下的MAR过程的内在弛豫之间的交叉。最后，我们研究了由于Landau-Zener-Stückelberg跃迁引起的两个FWS-Andreev阶梯之间的耦合，以及它对弛豫机制中交叉的影响。三个重要的低能量尺度被确定，并且一个观点是将这些低能量尺度与最近的噪声互相关实验联系起来[Y。Cohen { \it等人}，arXiv：1606.08436]。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A 50/50 electronic beam splitter in graphene nanoribbons as a building block for electron optics
基于对由两个石墨烯纳米带组成的系统的多端电导的研究，其中一个在另一个的顶部并旋转60度，我们提出了一种既不需要大磁场也不需要超低温的50/50电子分束器的设置。我们的研究结果是基于原子紧束缚描述的系统和格林函数的方法来计算的Landauer电导。我们证明该系统可以充当完美的50/50电子分束器，其中可以通过改变掺杂（费米能量）来打开和关闭其操作。我们表明，该设备是强大的热波动和远程无序，锯齿谷手性态的纳米带的保护，防止背散射。我们建议，建议的设备可以应用作为基本元件的宏-欧-曼德尔干涉仪，以及在电子光学中的许多设备的积木。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall
Efficient Cooper Pair Splitting Without Interactions
本文提出一种无库仑阻塞三端NSN器件中库珀对拆分的电荷转移解释，证明拆分概率包含双粒子干涉项，且无需单粒子交叉安德烈耶夫反射即可实现零能量单位效率，并指出电流交叉关联器不能确定度量拆分。
2024-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Resonances control when multiterminal Josephson currents reduce to two-terminal couplings
Haas School of Business, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校哈斯商学院）
本研究通过微观散射模型和系综统计，揭示多端约瑟夫森结中成对电流近似的误差受费米能级附近法区模式控制，栅极失谐可显著抑制非成对电流，实现高精度两端耦合描述。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Positive cross-correlations due to Dynamical Channel-Blockade in a three-terminal quantum dot
我们研究了三端量子点中的电流涨落。在这里选择的电压偏置配置中，电路像分束器一样工作，即一根引线用作输入，另外两根用作输出。在点的双重占用是不可能的限制，输入引线中的电流的超泊松Fano因子和两个输出引线中的电流波动之间的正互相关可以获得，由于动态通道阻塞。当点的单个轨道传输电流时，这种效应可以通过用铁磁引线或用磁场提升电路的自旋简并度来获得。当多个轨道参与电子传导时，自旋简并度的提升是不必要的。在所有情况下，我们表明，输入电流的超泊松Fano因子不等于输出之间的正互相关。我们确定了获得这两种效果的条件，并讨论了可能的实验实现。
2004-03-19 cond-mat.mes-hall
Hanbury Brown and Twiss noise correlations in a topological superconductor beam splitter
我们研究了Hanbury-Brown和Twiss电流的交叉关联在一个三端结的中心拓扑超导体（TS）纳米线，轴承Majorana束缚态在其两端，连接到两个正常的引线。依赖于非微扰格林函数形式主义，我们的计算使我们能够提供的电流和它们的相关性在子间隙电压的解析表达式，同时也给出了精确的数值计算结果有效的任意外部偏压。我们表明，当正常的引线偏置在电压$V_1$和$V_2$小于间隙，电流的互相关的符号是由$-\mbox{sgn}(V_1 \, V_2)$。特别是，这导致相反电压的正互相关，与标准超导体的行为形成鲜明对比，这提供了在TS边缘存在马约拉纳零模的直接证据。我们进一步扩展我们的结果，不同的TS的长度（导致重叠的马约拉纳束缚态），以及它的化学势（驾驶它远离半填充），概括边界TS格林函数的情况下。在相反偏置电压$\mbox{sgn}(V_1 \, V_2)=-1$的情况下，驱动TS线通过拓扑转变会导致电流互相关的符号变化，从而提供马约拉纳束缚态物理学的另一个特征。
2017-03-02 cond-mat.mes-hall
Current partition at zero-line intersection of quantum anomalous Hall topologies
在具有不同拓扑结构的二维材料之间的界面处，出现拓扑保护的一维态（也称为零线模）。在这里，我们专注于量子反常霍尔效应为基础的零线模式之间的界面处形成的不同陈数制度。我们发现，由于时间反演不变性的破坏，这些零线模是手征的和单边导电的。对于由两条相交的零线组成的分束器，手征性确保电流只能从四个端子中的两个端子注入。我们的数值结果进一步表明，在接触电阻的情况下，（逆）顺时针分区的电流从这两个终端是相同的，由于电流守恒，这有效地简化了分区法律。我们发现，分区是强大的费米能量的相对位移，但可以有效地调整在不同的制度或相对角度之间的零线的相对磁化强度。
2017-08-09 cond-mat.mes-hall
Mach--Zehnder-like interferometry with graphene nanoribbon networks
本文理论上研究了由四条锯齿型石墨烯纳米带组成的类Mach--Zehnder干涉几何结构，发现交叉点可调控为电子分束器或反射镜，基于平均场Hubbard模型和Green函数分析其8端口输运特性，该器件可用于磁场传感、局部散射体相移探测及量子纠缠研究。
2023-05-24 cond-mat.mes-hall
