Prüfung der Partikelstreuung und -reflexion in Graphen

Die Menschheit steht vor zwei großen Revolutionen: dem Boom zweidimensionaler Supermaterialien wie Graphen mit unglaublichen Eigenschaften und der Einführung von Quantencomputern mit einer Rechenleistung, die die von Standardcomputern bei weitem übertrifft.

Das Verständnis von Materialien wie Graphen, die aus einzelnen Atomschichten bestehen, bedeutet eine bessere Untersuchung der Eigenschaften, die sie auf atomarer Ebene aufweisen. Dazu gehört, wie sich Elektronen in der Nähe von Supraleitern verhalten – Materialien, die bei Abkühlung auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt Elektrizität ohne Energieverlust leiten können.

Wenn ein Supraleiter zwischen Metallmaterialien eingebettet ist, kann eine Art Streuung auftreten, die als gekreuzte Andreev-Reflexion bezeichnet wird, und in einem S-Wellen-Supraleiter-Übergang induziert die Andreev-Reflexion normalerweise einen korrelierten entgegengesetzten Spin in Elektronen. Dies kann genutzt werden, um Verschränkung zu induzieren, ein Quantenphänomen, das für Quantencomputer von entscheidender Bedeutung ist.

In einem neuen Artikel in Das European Physical Journal BAutor Rui Shen vom National Laboratory of Solid State Microstructures and School of Physics der Universität Nanjing, China, und seine Co-Autoren bewerten theoretisch den nichtlokalen Transport und die gekreuzte Andreev-Reflexion in einem ferromagnetischen S-Wellen-Supraleiterübergang, der aus den Lücken-Graphengittern besteht .

„Durch das Wachstum des ferromagnetischen Graphens auf dem Bornitrid-Substrat kann ein gestaffeltes Potential induziert werden, das zur Symmetriebrechung und zum vollständig spinpolarisierten Elektronenzustand führt“, sagt Shen. „Das Fermi-Niveau wird über die Gate-Spannung oder Dotierung richtig eingestellt, sodass es nur ein Leitungsband im linken Anschluss und ein Valenzband im rechten Anschluss kreuzt.“

Shen erklärt, dass das Team ein reines gekreuztes Andreev-Reflexionssignal mit gleichem Spin in der antiparallelen Konfiguration der ferromagnetischen Austauschfelder zweier Leitungen und ein reines CAR-Signal mit entgegengesetztem Spin in der parallelen Konfiguration vorhersagte.

„Die Korrelationen des gleichen Spins und des entgegengesetzten Spins können leicht durch Vertauschen der Austauschfelder vertauscht werden. Das reine Signal des gleichen Spins fehlt hier im lückenlosen Graphenübergang“, fährt er fort. „Die reine gekreuzte Andreev-Reflexion mit gleichem Spin (gekreuzte Andreev-Reflexion mit entgegengesetztem Spin) wird in unserem Modell nicht nur am Dirac-Punkt, sondern über einen großen Spannungsbereich erreicht, was auf die hocheffiziente nichtlokale Aufspaltung der Cooper-Paare mit Spin-Triplett hindeutet ( Spin-Singulett-Paarungskorrelationen.

Shen fügt hinzu, dass der zeitumgekehrte Prozess der CAR als Cooper-Paaraufspaltung bezeichnet wird und eine der effektivsten Möglichkeiten darstellt, verschränkte Zustände in Quantensystemen zu erhalten.

„Dies könnte bedeutende Anwendungen in der Quantenkommunikation und Quantenberechnung haben“, schließt er.