安德烈夫反射

安德烈夫反射 (AR) 以物理学家亚历山大·F·安德列夫 (Alexander F. Andreev) 的名字命名，是一种发生在超导体 (S) 和常态材料 (N) 之间界面的粒子散射。这是一个电荷转移过程，通过该过程，N 中的正常电流转换为 S 中的超电流。每个安德烈夫反射将电荷 2e 转移到界面上，避免了超导能隙内禁止的单粒子传输。

该过程涉及以低于超导能隙的能量从常态材料入射到界面上的电子（空穴）。入射电子（空穴）在超导体中形成库珀对，空穴（电子）的回射与自旋和速度相反但动量与入射电子（空穴）相等，如图所示。假定势垒透明度很高，没有氧化物或隧道层，这会减少界面处正常电子-电子或空穴-空穴散射的情况。

由于电子对由一个上下自旋电子组成，因此与来自正常状态的入射电子（空穴）相反自旋的第二个电子（空穴）在超导体中形成电子对，因此形成了回射空穴（电子）。通过时间反转对称性，入射电子的过程也适用于入射空穴（和回射电子）。

该过程高度依赖于自旋——如果常态材料中只有一个自旋带被传导电子占据（即它是完全自旋极化的），安德烈夫反射将由于无法形成一对而被抑制 在超导体中，单粒子传输是不可能的。 在存在自旋极化或可能由磁场感应的铁磁体或材料中，安德烈夫反射的强度（以及结的电导）是正常状态下自旋极化的函数。

AR 的自旋相关性产生了点接触安德列夫反射（或 PCAR）技术，通过这种技术，将窄的超导尖端（通常是铌、锑或铅）放置在低于尖端临界温度的温度下与普通材料接触 . 通过向尖端施加电压，并测量它与样品之间的微分电导，可以确定普通金属在该点（和磁场）的自旋极化。 这可用于测量自旋极化电流或表征材料层或大块样品的自旋极化以及磁场对此类特性的影响等任务。

在 AR 过程中，电子和空穴之间的相位差是 −π/2 加上超导有序参数的相位。

交叉安德烈夫反射，或CAR，也称为非局部安德烈夫反射，发生在两个空间分离的常态材料电极与超导体形成两个独立的结时，结分离的顺序为BCS超导相干性 相关材料的长度。

在这样的器件中，来自安德烈夫反射过程的空穴的回射，由能量小于一根引线超导间隙的入射电子引起，发生在第二个空间分离的正常引线中，具有与在一个引线中相同的电荷转移超导体中库珀对的正常 AR 过程。

为了使 CAR 发生，相反自旋的电子必须存在于每个正常电极上（以便在超导体中形成电子对）。如果正常材料是铁磁体，这可以通过向具有不同矫顽力的正常电极施加磁场来产生相反的自旋极化来保证。

CAR 与弹性共隧穿或 EC 竞争，EC 是电子通过超导体中的中间状态在正常引线之间的量子力学隧穿。 这个过程保存了电子自旋。 因此，在将电流施加到另一个电极时，一个电极上可检测到的 CAR 电位可能会被竞争性 EC 过程掩盖，从而难以进行清晰的检测。 此外，正常的安德烈夫反射可能发生在任一界面，与正常/超导体界面的其他正常电子散射过程相结合。

通过形成空间分离的纠缠电子-空穴 (Andreev) 对，该过程对固态量子纠缠的形成具有重要意义，并在自旋电子学和量子计算中得到应用。