ISBN 9783843951333

978-3-8439-5133-3, Reihe Physik

Mathias Michael Kamp
Phasenkohärenter Transport und Higgs-Dynamik in Supraleiter-Quantenpunkt-Hybriden

117 Seiten, Dissertation Universität Duisburg-Essen (2022), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir den Transport und die dynamischen Nichtgleichgewichtseigenschaften von Supraleiter-Quantenpunkt-Hybriden. Dieser besteht aus einem Einzelniveau-Quantenpunkt, der an zwei BCS-Supraleiter gekoppelt ist und durch einen Temperaturgradienten sowie eine Phasendifferenz ins Nichtgleichgewicht gebracht wird. Wir analysieren das Wechselspiel der auf dem Quantenpunkt induzierten supraleitenden Korrelationen, dem Proximity-Effekt, der starken Coulombwechselwirkung und der Nichtgleichgewichtsdynamik. Um diese Eigenschaften zu beschreiben, benutzen wir eine erweiterung der Real-Zeit-Diagrammatik. Mit dieser lassen sich sequentielles Tunneln und der Proximity-Effekt, der seinen Ursprung in Andreev-Prozessen hat, beschreiben.

In diesem System kommt es bereits im stationären Nichtgleichgewicht zu einer expliziten Phasenabhängigkeit des Ladungs- und Wärmestroms, deren Messung einen experimentellen Zugang zu den Kohärenzen auf dem Quantenpunkt ermöglicht. Auch zeigt sich ein thermoelektrischer Effekt, der auch direkt am Punkt der Teilchen-Loch-Symmetrie bestehen bleibt, da diese durch die Renormierung von Energieniveaus gebrochen wird. Durch die Temperaturabhängigkeit der Supraleiter-Bandlücke lässt sich das System zusätzlich als hoch effektive Wärmediode realisieren.

Im Nichtgleichgewicht wird durch den Proximity-Effekt eine Supraleiter-Paaramplitude auf dem Quantenpunkt induziert. Deren nichtstationäre Dynamik können wir in Analogie zur Dynamik des Ordnungsparamaters im Bulk-Supraleiter verstehen. Im Fall einer instantanen Änderung des System (Quench), kommt es zu einem kurzzeitigen Aufbau der Paaramplitude. Der folgende exponentielle Zerfall erlaubt allerdings keine Beobachtung von kohärenten Oszillationen. Wenn aber einzelne Parameter periodisch moduliert werden, kommt es zu Oszillationen des Betrags und der Phase der Paaramplitude, die als Analogie zu der Higgs-Mode bzw. Nambu-Goldstone-Mode im Bulk-Supraleiter verstanden werden kann