Reflexió de Andreev

Un electró (en roig) alcança l'interfaç entre un conductor normal (N) i un superconductor (S), i produïx un parell de Cooper en el superconductor i un buit retrorreflejado (en vert) en el conductor normal. Les fleches verticals indiquen la banda d'espin ocupada per cada partícula.

La reflexió de Andréiev (AR, per les seues sigles en anglés), cridada aixina en honor al físic rus Aleksandr Andréiev, és un tipo de dispersió de partícules que ocorre en els interfaços entre un superconductor (S) i un material en estat normal (N). És un procés de transferència de càrrega per mig del qual una corrent normal en N es convertix en una supercorriente en S. Cada reflexió de Andréiev transferix una càrrega de 2i a través de l'interfaç, per lo que s'evita la transmissió d'una sola partícula (la qual cosa no pot ocórrer) en l'interior de la brecha energètica superconductora.

Descripció general

El procés implica a un electró (o un buit), que incidix en l'interfaç del material en estat normal a energies més baixes que les de la brecha energètica superconductora. L'electró (o buit) incident forma un parell de Cooper en el superconductor, i es retrorrefleja un buit (electró) d'espin i velocitat oposts, pero en el mateix moment, que l'electró (buit) incident, tal i com es veu en l'image. Es dona per fet que la transparència de barrera és alta, sense capa d'òxit o de túnel, la qual cosa minimisa els casos de dispersió electró-electró o buit-buit normals en l'interfaç. Ya que el parell són dos electrons d'espin positiu i negatiu, un segon electró (buit) del material d'estat normal i d'espin opost a l'electró (buit) incident forma un parell en este electró (buit) incident en el superconductor, i d'ahí el buit (electró) retrorreflejado. Per la simetria d'inversió temporal, el procés en un electró incident també funcionarà en un buit incident (i electró retrorreflejado).

Este procés depén en gran mida de l'espin – si els electrons lliures es troben en solament una banda d'espin en el material en estat normal (és dir, quan està completament polarisat en funció de l'espin), s'inhibirà la reflexió de Andréiev, ya que serà incapaç de formar un parell en el superconductor, i la transmissió d'una sola partícula és impossible. En un material ferromagnético, o en un material que tinga polarisació d'espin (o puga ser induïda per un camp magnètic), la força de la reflexió de Andréiev (i per tant la conductància de la juntura) depén de la polarisació d'espin en l'estat normal.

Gràcies a que la AR depén de l'espin, es pot usar la tècnica Reflexió de Andréiev de Contacte Puntual (en anglés, Point Contact Andreev Reflection o PCAR), per la qual una punta estreta superconductora (que sol ser de niobi, antimoni o plom) es posa en contacte en un material normal a temperatures per baix de la temperatura crítica de la punta. En aplicar un voltage a la punta, i en medir la conductància diferencial entre ella i la mostra, es pot determinar la polarisació d'espin del metal normal en eixe punt (i el camp magnètic). Açò és útil en tasques com la medició de corrents polarisades en funció de l'espin o en la caracterisació de la polarisació d'espin de capes de material o de mostres globals, i dels efectes dels camps magnètics en dites propietats.

En un procés AR, la diferència de fase entre l'electró i el buit és -π/2 més la fase del paràmetro d'orde superconductor.

Reflexió de Andréiev creuada

La reflexió de Andréiev creuada o reflexió de Andréiev no local (CAR, per les seues sigles en anglés) ocorre quan dos electrodos separats espacialmente i fets d'un material en estat normal formen dos junturas separades en un superconductor, en la separació de les junturas de l'orde de la llongitut de coherència superconductora de la teoria BCS del material en qüestió. En un dispositiu d'estes característiques, un procés de reflexió de Andréiev, que es produïx per un electró incident a energies més baixes que les de la brecha superconductora en un electrodo, produïx una retrorreflexión en el segon electrodo normal separat espacialmente en la mateixa transferència de càrrega que la que un procés AR normal transferix a un parell de Cooper a un superconductor. Per a que ocórrega el CAR, deuen existir electrons d'espin opost en cada electrodo normal (per a que es forme un parell en el superconductor). Si el material normal és ferromagnético, açò es pot garantisar en crear polarisació d'espin opost per mig de l'aplicació d'un camp magnètic a dos electrodos normals de distinta coercitividad.

El procés CAR competix en el fenomen de tunelamiento elàstic (elastic cotunelling, o EC), el tunelado quàntic d'electrons entre els electrodos normals a través d'un estat intermig en el superconductor. En este procés es conserva l'espin de l'electró. Per això, el procés EC, que està competint en el CAR, pot emmaixquerar un potencial CAR detectable en un electrodo durant l'aplicació de corrent a l'atre, lo que fa que siga difícil detectar-ho clarament. Ademés, la reflexió de Andréiev normal pot ocórrer en qualsevol dels interfaços, al mateix temps que atres processos normals de dispersió d'electrons de l'interfaç normal/superconductora.

Este procés és d'interés en la formació d'entrelazamiento quàntic de l'estat sòlit, a través de la formació d'un parell (de Andréiev) electró-buit entrellaçat, separat espacialment, i té aplicacions en espintrónica i computació quàntica.