石墨烯铁磁-绝缘层-超导结的输运-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 17 (2014) 177402 石墨烯铁磁-绝缘层-超导结的输运∗ 陈玉 陈家麟 查国桥 周世平 (上海大学物理系, 上海 200444) ( 2014 年4 月8 日收到; 2014 年5 月14 日收到修改稿) 本文运用平均场模型的Dirac-Bogoliubov-de-Gennes 方程和Bolonder-Tinkham-Klapwijk 理论研究石墨 烯铁磁-绝缘层-超导结的输运性质. 研究表明: 考虑有限宽度的绝缘层, 隧穿电导- 电压曲线呈现无衰减的振 荡行为; 同时隧穿电导随铁磁层中的交换能呈现非单调变化. 对上述现象从石墨烯中类Dirac 准粒子色散关 系密切相关的电子散射过程予以解释. 关键词: 石墨烯结, 隧穿电导, 交换能, 振荡谱 PACS: 74.45.+c, 72.80.Vp DOI: 10.7498/aps.63.177402 有关金属-绝缘层-超导石墨烯结(NIS) 的输运性 1 引 言 质15−17 的工作发现: 隧穿电导随着势垒强度χ 呈 现以 为周期的等幅振荡, 这一行为可以类比于 石墨烯是碳原子以sp 轨道杂化形成单层的二 Klein 隧穿. 这与传统的NIS 结中隧穿电导会随着 维六角晶体. 2004 年Geim 和Novoselov 的团队1 势垒强度的增加而指数衰减截然不同. 值得注意 首先成功制备了单层石墨——石墨烯. 石墨烯的 的是, 石墨烯中的绝缘层是通过局部施加上高的门 独特新奇的性质和能带色散关系, 引起了广大理论 和实验的科学工作者的关注2−5 . 在石墨烯的六角 电压产生的势垒来实现的. 上述薄势垒极限(thin barrier limit)χ 模型的结论可以引申到有限势垒层 形布里渊区的六个转角上, 导带和价带相交, 形成 厚度结, 从而给出NIS 石墨烯结中的隧穿电导会随 所谓的Dirac 点. 这6 个Dirac 点可以划分为不等价 18 ′ 6 着偏压发生振荡的现象 . 的两组, 通常标记为K 点和K 点 . Dirac 点附近 (低能电子) 的行为可以用Dirac 方程7 描述. 仅考 最近, 许多研究组相继研究了石墨烯层上涂 18 虑最近邻相互作用时, 石墨烯中电子和空穴等价为 覆氧化铕(EuO) 来诱导铁磁性 、石墨烯铁磁- 无质量的类Dirac 费米子8 . 最近, 人们通过对石 超导(FS) 和铁磁-绝缘层-超导(FIS) 结的输运性 墨烯中类Dirac 费米子的研究, 相继发现了半整数 质19−22 . 这些研究表明: 当铁磁层中的交换场 9 10 大于费米能EF 低于临界值Ec 时, 随着交换能的 量子霍尔效应 , 镜面Andreev