Novel mesoscopic effects and topological states in chiral p-wave superconductors

Datum: 15 juni 2017

Locatie: Campus Groenenborger, U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Victor Fernandez Becerra

Promotor: Milorad Milosevic

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Victor Fernandez Becerra - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

In een topologische supergeleider komen naast de bulk supergeleidende energiekloof – die de normale en supergeleidende fasen scheidt – ook randtoestanden zonder energiekloof voor, met bijhorende spontane elektrische stromen die langs de randen van het materiaal lopen. In theoretisch werk worden topologische supergeleiders onderverdeeld in twee types, namelijk zij die tijdsomkeersymmetrie (d.i. de theoretische symmetrie van fysische wetten onder invloed van tijdsomkering) breken en zij die dat niet doen. Deze zijn respectievelijk (i) chirale supergeleiders en (ii) helische supergeleiders.

Gebonden paren van elektronen, Cooperparen genaamd, zijn verantwoordelijk voor het ontstaan van supergeleiding. In een chirale supergeleider zijn de Cooperparen  spin-gepolarizeerd, d.i. spin-0, ten gevolge van de tijdsomkeersymmetriebreking. De randtoestanden zijn hier vergelijkbaar met de kwantum-Hall toestand. Daarentegen, nemen Cooperparen in een helische supergeleider een spin-triplet toestand aan, d.i. spin-1, ook ten gevolge van tijdsomkeersymmetriebreking. De randtoestanden lijken hier op de kwantum-Hall toestand.

Het archetypische voorbeeld van een topologische supergeleider die tijdsomkeersymmetriebreking  breekt is het chirale p-golf model voor supergeleiding. Er wordt verwacht dat vortices in een chirale p-golf supergeleider modes met energie nul bevatten (het equivalent van Majorana fermionen in de gecondenseerde materie), waarvan voorspeld wordt dat ze een sleutelelement vormen in toekomstige kwantum-berekeningen. Daarom is de interesse in  chirale p-golf supergeleiding, met het oog op de ontwikkeling van technologische toepassingen die gebruik maken van deze topologische eigenschappen, zeer terecht.

In deze thesis bestuderen we de chirale p-golf supergeleiding om de nieuwe supergeleidende configuraties die zich voordoen in mesoscopische samples, waar opsluiting belangrijk is, te onthullen. De methode die in deze thesis toegepast wordt, omvat de fenomenologische Ginzburg-Landau theorie en het microscopische Bogliubov-de Gennes formalisme. De vergelijkingen worden daarbij op een zelf-consistente manier opgelost. We bespreken de nieuwe magnetische, elektronische en elektrische eigenschappen van de toestanden, om de identificatie van de chirale p-golf supergeleiding in een kandidaat-materiaal mogelijk te maken. Deze eigenschappen, zoals het magnetisch profiel, de toestandsdichtheid en de spanning-stroom eigenschappen, kunnen vergeleken worden met resultaten van Hall-probe microscopie, scanning tunneling microscopie en weerstandsmetingen.



Url: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen