Interaction effects on quantum transport in superconducting nanoscale junctions
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde der supraleitende Transport durch einen Quantenpunkt oder einen Quantenpunktkontakt studiert, bei dem Wechselwirkungseffekte von zentraler Bedeutung sind. Derartige Wechselwirkungen beruhen oft auf CoulombLadeenergien, können aber auch durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung in Stromkreisen entstehen. Die aus dem Projekt entstandenen Publikationen befassen sich dabei mit drei Aspekten. (1) In Quantenpunkten mit mindestens zwei orbitalen Niveaus, die eine starke Spin-Bahn-Kopplung aufweisen, kann ein anomaler Josephsoneffekt auftreten, also ein Suprastrom ohne Phasendifferenz. Wir konnten nachweisen, dass dieser Effekt durch Coulombeffekte resonant erhöht wird, da Wechselwirkungen de facto zu einer spontanen Brechung der Zeitumkehrinvarianz führen können. In solchen Systemen lassen sich auch Majorana-Moden erzeugen. (2) Wenn der Quantenpunkt dagegen einem topologischen Supraleiter entspricht, wird (mindestens) ein Paar von Majorana-Moden auf dem Quantenpunkt vorhanden sein. Koppelt man diesen Quantenpunkt an normalleitende Kontakte, konnten wir zeigen dass die Lade-Energie die Dynamik von Cooperpaaren und dem Zweizustandssystem (welches den Majorana-Moden entspricht) verschränkt. Dadurch ergeben sich charakteristische nichtlokale Transport-Signaturen im Leitwert. Bei Kontaktierung durch konventionelle supraleitende Elektroden wird dagegen eine Blockade des Suprastromes erwartet, die wiederum durch Wechselwirkungen aufgebrochen werden kann. (3) In supraleitenden Quantenpunktkontakten spielen die gebundenen Andreev-Zustande effektiv die Rolle des Zweizustandssystems. Eine selbstkonsistente Untersuchung der Nichtgleichgewichtsdynamik des gekoppelten Systems, d.h. der Andreev-Besetzungswahrscheinlichkeiten wie auch der Quasiteilchen-Besetzungen, zeigte, dass für realistische Systemparameter ein Ladungsungleichgewicht der Quasiteilchen zu erwarten ist. Dies verursacht einen Quasiteilchenstrom zusätzlich zum Suprastrom, der in einer Ringgeometrie beobachtbar sein sollte, sobald der Kontakt elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt ist.
Publications
- Majorana single-charge transistor, Phys. Rev. Lett. 109, 166403 (2012)
R. Hützen, A. Zazunov, B. Braunecker, A. Levy Yeyati, and R. Egger
- Supercurrent blockade in Josephson junctions with a Majorana wire, Phys. Rev. B 85, 104514 (2012)
A. Zazunov and R. Egger
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.104514) - Anomalous Josephson current, incipient time-reversal symmetry breaking, and Majorana bound states in interacting multi-level dots, Phys. Rev. B 88, 144515 (2013)
A. Brunetti, A. Zazunov, A. Kundu, and R. Egger
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.144515) - Quasiparticle trapping, Andreev level population dynamics, and charge imbalance in superconducting weak links, Phys. Rev. B 90, 140508 (2014)
A. Zazunov, A. Brunetti, A. Levy Yeyati, and R. Egger
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.104508)
