【摘 要】
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近年来,随着半导体行业的发展,人们对电子器件的需求也越来越高。半导体器件的尺寸逐渐达到亚微米级甚至纳米级。这其中,量子点作为一个准零维的结构越来越受到人们的关注。在耦合量子点分子的超导隧道节中存在着多种电子关联效应,从而导致流经超导结的Josephson电流呈现出多种有趣的变化。而Josephson结对于设计具有微机电功能的电子器件以及量子计算、量子信息处理方面有着非常广泛的应用前景。所以继续深入
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近年来,随着半导体行业的发展,人们对电子器件的需求也越来越高。半导体器件的尺寸逐渐达到亚微米级甚至纳米级。这其中,量子点作为一个准零维的结构越来越受到人们的关注。在耦合量子点分子的超导隧道节中存在着多种电子关联效应,从而导致流经超导结的Josephson电流呈现出多种有趣的变化。而Josephson结对于设计具有微机电功能的电子器件以及量子计算、量子信息处理方面有着非常广泛的应用前景。所以继续深入研究Josephson结中的超流性质有着非常重要的理论意义与应用价值。本文就是在这种背景下,利用对超导电极零带宽近似的思想,分别采取矩阵严格对角化的方法以及数值重整化群(NRG)方法,对侧耦合磁性杂质超导结以及三终端超导电极双量子点耦合超导结中的Josephson电流进行了研究。首先,我们研究了磁性杂质对超导结中Josephson电流的影响。通过研究一个磁性杂质分别耦合到量子点和一个超导电极的两种情况,我们给出了一个约瑟夫森结的超电流分析结果。研究发现,磁性杂质能有效地诱导超导结中发生约瑟夫森相变,这与磁性杂质和结之间的自旋关联方式密切相关。与量子点和磁性杂质之间的反铁磁自旋关联的结果相比,铁磁性自旋关联对约瑟夫森相变有着更有效的作用。同时我们也发现,量子点内的库伦相互作用对于相变的产生影响较小。接下来,当磁性杂质耦合到一个超导电极时,表现出约瑟夫森相变的替代效应,这与磁性杂质和量子点耦合的情况基本相反。这一工作有助于描述磁杂质对约瑟夫森结超流特性的影响。然后,我们研究了三终端超导电极耦合两个量子点的Josephson结中的超流情况。我们研究发现,由于中间超导电极的影响,导致Josephson结中电流表现出4π周期现象。而且由于两个量子点之间存在耦合,当超导结中电子从左侧电极传输到右侧电极时,会观察到新的过渡相。当点内库伦强度足够强时,会出现不久以前发现的中间双稳态(BS)相,这与超导结的拓扑结构和耦合方式是有关系的。相对于双通道的Josephson结,同样的拓扑结构和耦合方式下,只有三终端Josephson结出现了明显的过渡相。当Josephson电流处于过渡相区域时,Josephson结中超流的幅值明显增大,并且会表现出更加复杂的超流形态。随着量子点内的库伦强度不断增强,传统过渡相转变为新型过渡相并最终保持在BS相,同时电流方向反转。这一研究有助于实现Josephson结中的电流操控。
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