Spin-Orbit Enhanced Josephson Effect

Denne masteravhandlingen vil undersøke superstrømmen gjennom en Josephson-kontakt bestående av to konvensjonelle superledere adskilt av et tungmetall med Rashba spinn-bane kobling. Vi demonstrerer hvordan superstrømmen gjennom en slik kontakt er følsom for både retningen og styrken til spinn-bane koblingen i tungmetallet. Den fysiske oppførselen til superstrømmen er forklart ved et samspill mellom spredningspotensialet og spinn-bane koblingen ved grensesjiktet mellom materialene. Dersom det er et spredningspotensial ved grensesjiktet mellom en superleder og et tungmetall, vil dette potensialet føre til en uoverensstemmelse av Fermi-vektorene mellom de to materialene. Vi har vist hvordan det er mulig å gjenopprette symmetrien mellom Fermi-vektorene ved å introdusere en spinn-bane kobling. Spinn-bane koblingen vil kombinere elektronenes spinn og impuls, slik at energibåndene gjennomgår en impulsavhenging Zeeman-splitting. Følgelig vil Fermi overflaten til tungmetallet dele seg i to overflater med invertert spinnsymmetri. Styrken til spinn-bane koblingen vil avgjøre i hvor stor grad denne Zeeman-splittingen finner sted, og åpner dermed muligheten for å justere en av de nye Fermi-overflatene til å sammenfalle med superlederens Fermi-flate. Ved å oprette symmetri mellom materialenes Fermi-overflater vil uoverensstemmelsene av Fermi-vektorene, som effektivt fungerer som en barriere for partikler som vil transmittere over grensesjiktet, ikke lenger finne sted. Med utgangpunkt i denne fysikken kan man predikere en superstrøm som er sterkere i denne kontakten sammenlignet med en kontakt uten spinn-bane kobling. Disse observasjonene er i sterk kontrast til lignende forsking på ferromagnetiske Josephson-kontakter hvor superstrømmen alltid svekkes av det magnetiske feltet. Videre har vi gjort rede for hvilken retning av spinn-bane koblingen som påvirker superstrømmen mest. Med et oppsett som undersøker superstrøm i en gitt retning, vil superstrømmen naturlig avhenge sterkt av partikler med impuls i samme retning. Det er derfor essensielt at disse elektronene ikke opplever en barriere ved grensesjiktet for å transmittere lettere over kontakten. Dermed vil en spinn-bane kobling orientert parallelt med grensesjiktet gi mulighet for sterkere superstrøm sammenlignet med en vinkelrett orientering. En slik oppførsel er ulik en ferromagnetisk Josephson-kontakter hvor superstrømmen er uavhengig av mangetfeltets retning