Семинар «Определение симметрии куперовского спаривания с помощью многотерминальных сверхпроводниковых структур»
12 декабря 2022 года состоялся семинар НУЛ «Квантовой наноэлектроники». С докладом на тему «Определение симметрии куперовского спаривания с помощью многотерминальных сверхпроводниковых структур» выступил главный научный сотрудник Департамента электронной инженерии МИЭМ, профессор университета Твенте (Нидерланды) Александр Авраамович Голубов. Доклад был осуществлён в Zoom.
Куперовское спаривание в сверхпроводниках может обладать различными типами симметрии. В соответствии с принципом Паули полная волновая функция пары фермионов должна быть антисимметричной и может быть описана произведением трёх членов: орбитального, спинового и энергетического (или частотного, т.е. связанного с матсубаровской частотой). Хорошо известны сверхпроводники с чётным энергетическим членом. Например, s-волновые сверхпроводники, у которых орбитальный член – чётная функция, а спиновый – нечётная (спиновый синглет). Эти сверхпроводники описываются теорией Бардина-Купера-Шриффера (алюминий, ниобий, ртуть). Другим примером симметрии являются d-волновые сверхпроводники, у которых орбитальный член также чётная функция (d-орбиталь), а спиновый – нечётная (купраты). Более экзотическим типом симметрии являются p-волновые сверхпроводники. У них нечётный орбитальный член (p-орбиталь), и, соответственно, чётный спиновый (триплет). Такие сверхпроводники обладают триплетным спариванием. Доказано, что p-волновым сверхпроводником является кристалл 3Не. Также данный тип симметрии спаривания предполагают у Sr2RuO4.
В ряде сверхпроводниковых состояний (как правило, в гибридных структурах) возможно сосуществование синглетного s-волнового и триплетного p-волнового парного потенциала. В этом случае возможны два типа состояний: киральное и спиральное. В спиральном состоянии величина и фаза d-вектора постоянны, но направление d-вектора совпадает с направлением импульса. В киральном состоянии d-вектор ориентирован вне плоскости, но имеет фазу, зависящую от направления импульса. В этом случае нарушена симметрия относительно обращения оси времени.
Значительно меньше изучены сверхпроводники с нечётным по энергии (по частоте) спариванием. Тут также возможны s-волновой спин-триплетный (Березинский, 1974) и p-волновой спин-синглетный (Балатский и Абрагам, 1992) типы симметрии. Такое экзотическое спаривание может возникать в сверхпроводниковых гибридных структурах, а также в нецентросимметрических сверхпроводниках (сверхпроводники без центра инверсии).
В докладе было рассказано как с помощью измерения ряда величин (дифференциальная проводимость, спектральный сверхток, спиновая проводимость, плотность состояний) определить симметрию спаривания в сверхпроводнике. Также были предложены экспериментальные тесты для различения киральных и спиральных состояний в сверхпроводниках.
Доклад вызвал большой интерес сотрудников, студентов и аспирантов НУЛ «Квантовой наноэлектроники». После доклада состоялось неформальное общение со студентами и аспирантами. Ряд студентов и аспирантов НУЛ КНЭ занимаются похожими исследованиями, и доклад оказался очень полезен для них. Доклад организовывал проф. А.С. Васенко.