Dokument: Josephson current and Andreev level dynamics in nanoscale superconducting weak links
| Titel: | Josephson current and Andreev level dynamics in nanoscale superconducting weak links | |||||||
| Weiterer Titel: | Josephson Strom und Andreev-Zustände Dynamik in nanoscale supraleitenden Weak-Links | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=32849 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20141204-103716-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | M.Sc. Brunetti, Aldo [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Egger, Reinhold [Gutachter] Prof. Dr. Bruß, Dagmar [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Quantum mechanics - Josephson junctions - Josephson current - Majorana Fermions - Andreev level dynamics | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | In this thesis we will focus on the interplay between proximity induced superconducting correlations and Coulomb interactions in a Josephson junction: i.e., in a system where two superconductors modeled as two s-wave superconductors at a phase difference $\varphi$ are contacted by means of a weak link, in our case a quantum dot located in the contact. In the first part we will study the Josephson current-phase relation for a multi-level quantum dot tunnel-contacted by two conventional s-waves superconductors. We will determine in detail the conditions for observing a finite anomalous Josephson current, i.e. a supercurrent flowing at zero phase difference in a two-level dot with spin-orbit interactions, a weak magnetic (Zeeman) field, and in the presence of Coulomb interactions. This will lead to an onset behavior $I_a \propto \sgn (B)$, interpreted as the sign of an incipient spontaneous breakdown of time-reversal symmetry. Moreover, we will provide conditions for realizing spatially separated - but topologically unprotected - Majorana bound states, whose signature in the system will be detectable via the current-phase relation.
In the second part of the thesis, we address the Andreev bound state population dynamics in superconducting weak links (a superconducting 'atomic contact'), in which a poisoning mechanism due to the trapping of single quasiparticles can occur. Our motivation is that quantum coherent superconducting circuits are the most promising candidates for future large-scale quantum information processing devices. Moreover, quasiparticle poisoning has recently been observed in devices which contain a short superconducting weak link with few transport channels. We will discuss a novel charge imbalance effect in the continuum quasiparticle population, which is due to phase fluctuations of the environment weakly coupled to the superconducting contact. This coupling enters the system as a transition rate connecting continuum quasiparticles and the Andreev bound state system. The charge imbalance is then due to the breaking of left-right symmetry in the rates. Moreover, it will be discussed how the system can generate a phase-dependent quasiparticle current and an asymmetric charge profile around the weak link.In dieser Dissertation betrachten wir das Wechselspiel zwischen Annäherung-induzierten supraleitenden- und Coulomb Wechselwirkungen in einem Josephson-Kontakt: d.h., in einem System, bei dem zwei s-Wellen-Supraleiter mit einer Phasendifferenz $\varphi$ durch einen Quantenpunkt in Kontakt gesetzt werden. Im ersten Teil der Dissertation erforschen wir die Josephson Strom-Phasen-Beziehung in einem mit vielen Energieniveaus ausgestatteten Quantenpunkt, der in Kontakt mit zwei konventionellen s-Wellen-Supraleitern steht. Wir bestimmen die Bedingungen, um einen endlichen anomalen Josephson Strom zu messen: ein Suprastrom, der in einem Doppelquantenpunkt mit Spin-Bahn Kopplung, schwachem magnetischen Feld (Zeeman), und in Anwesenheit der Coulomb-Wechselwirkungen fließt. Das führt uns zu einem Verhalten des Stromes $I_{a} \propto {\rm sgn} (\alpha B)$, das als Anfang der spontanen Symmetriebrechung der Zeitumkehrinvarianz angesehen werden kann. Außerdem identifizieren wir die notwendigen Voraussetzungen, um räumlich getrennte - aber topologisch ungeschützte - gebundene Majorana-Zustände zu realisieren, deren Präsenz im System durch die Strom-Phasen-Beziehung detektiert werden kann. Im zweiten Teil der Dissertation betrachten wir die Dynamik der Population gebundener Andreev-Zustände in supraleitenden atomaren Punktkontakten mit wenigen Transportkanälen, wobei die Prozesse durch eingefangene Quasiteilchen im Kontakt gestört werden. Kohärente supraleitende quantenmechanische Bauelemente entsprechen den erfolgversprechendsten Kandidaten für zukünftig umfassende Verarbeitungsgeräte in der Theorie der Quanteninformation. Wir diskutieren einen neuartigen Ladungsasymmetrie, der in der Population der Quasiteilchen im Kontinuum stattfindet, infolge von Phasenfluktuationen der Umgebung, die an den supraleitenden Atomkontakt gekoppelt ist. Diese Kopplung wurde als eine Übergangsrate zwischen Quasiteilchen im Kontinuum und gebundenen Andreev-Zuständen angesehen. Dieser Ladungsasymmetrie zeigt sich infolge einer Links-Rechts Symmetriebrechung der Übergangsraten. Außerdem diskutieren wir, wie in unserem System ein phasenabhängiger Quasiteilchen-Strom und ein asymmetrisches Ladungsprofil um den supraleitenden atomaren Punktkontakt erzeugt werden kann. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Theoretische Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 04.12.2014 | |||||||
| Dateien geändert am: | 04.12.2014 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 22.09.2014 | |||||||
| Datum der Promotion: | 26.11.2014 |
