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Type: Tese
Title: Dinâmica de pacotes de onda e reflexão de Andreev em interfaces normal-supercondutor
Authors: Linard, Flávio José Alexandre
Advisor: Chaves, Andrey
Keywords: Grafeno;Pacote de onda;Supercondutores
Issue Date: 2023
Citation: LINARD, F. J. A. Dinâmica de pacotes de onda e reflexão de Andreev em interfaces normal-supercondutor. 2023. 81 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Um método de evolução temporal de pacotes de onda, baseado na técnica split-operator, é desenvolvido para investigar o espalhamento de quasi-partículas em uma interface normal/supercondutor de perfil e forma arbitrários. Como aplicação prática, considera-se um sistema onde elétrons de baixa energia podem ser descritos como partículas de Dirac, o que é o caso da maioria dos materiais bidimensionais, como grafeno e dicalcogenetos de metais de transição. No entanto, o método pode ser facilmente adaptado para outros casos, como elétrons em poucas camadas de fósforo negro, ou quaisquer quasi-partículas de Schrödinger dentro da aproximação de massa efetiva em semicondutores. Empregamos o método para revisitar a reflexão de Andreev em mono, bi e tricamada de grafeno, onde casos de reflexão especular e retrorreflexão são observados para elétrons espalhados por uma região supercondutora em degrau. O efeito da abertura de um canal de gap zero na região supercondutora no espalhamento de elétrons e buracos também é abordado, como exemplo da versatilidade da técnica aqui proposta. Em um segundo momento é realizado uma simulação da dinâmica de pacotes de ondas de um dispositivo baseado em grafeno, onde as trajetórias de propagação de elétrons são guiadas por um campo magnético aplicado em direção a uma interface normal/supercondutor. O campo magnético controla o ângulo de incidência do pacote de ondas eletrônico de entrada na interface, o que resulta na razão elétron-buraco sintonizável na função de onda refletida, devido à dependência angular da reflexão de Andreev. Aqui, o controle mapeado das trajetórias de quasi-partículas pelo campo magnético externo define uma sondagem experimental para estudos fundamentais da reflexão de Andreev no grafeno, mas também estabelece as bases para o desenvolvimento de dispositivos de focagem magnética baseados em nanoengenharia de materiais bidimensionais supercondutores.
Abstract: A time evolution method for wave packets, based on the split-operator technique, has been developed to investigate the scattering of quasi-particles by a normal/superconducting interface with arbitrary profile and geometry. As a practical application, the method is generalized to any situation where low energy electrons can be described as Dirac particles, which is the case for most two-dimensional materials such as graphene and transition metal dichalcogenides. However, the method developed here can be easily adapted to other cases, such as electrons in few layer black phosphorus, or any Schrodinger quasi-particle within the effective mass approximation in semiconductors. We employ the method to the revisit the study of Andreev’s reflection in mono, bi, and trilayer graphene, where specular reflection and retroreflection cases are naturally expected for electrons scattered by a step-like normal/superconductor interface. As a second example, the method is also applied to simulate wave packet dynamics in a graphene based device where electron propagation trajectories are guided, by an applied magnetic field, towards a normal/superconductor interface. The magnetic field controls the incidence angle of the electronic wave packet at the interface, thus resulting in a tunable electron-hole ratio in the reflected wave function, due to the angular dependence of the Andreev reflection. In this case, the mapped control of quasi-particle trajectories via external magnetic fields defines an experimental probe for future fundamental studes of Andreev reflection in graphene, while also paving the way for the development of magnetic focusing devices based on nanoengineered superconducting two dimensional materials.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71331
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