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隧道效应是一个重要的量子现象,在超导的微观机理探索中,隧道效应起到了非常重要的作用。在金属和超导体之间夹一层很薄的绝缘层,这就构成了金属-超导隧道结,加上偏压后,电子可以一定的几率遂穿绝缘层,形成隧道电流。电子在超导体表面的散射存在空穴的Andreev反射和透射,而Andreev反射只在界面势垒很小时才起到比较重要的作用。目前关于金属-超导结的理论研究,主要是运用BTK(Blonder-Tinkham-Klapijk)理论,通过对其隧道谱研究,我们对超导的微观机理有了进一步的理解。
由多个金属-超导结构成的隧道结称为金属-超导超晶格系统。科研工作者很早就把BTK理论运用在金属-超导-金属双势垒结的隧道谱计算中,发现其左右两边的界面上出现隧道电流不平衡问题。目前为止,学者已经提出两种机制来解决金属-超导-金属结双势垒系统中入射电流和出射电流不平衡的问题。一种是通过调节系统中的超导体的费米面的方法;另一种是由于在界面势垒上存在电荷的积累,金属-超导-金属结的界面电流会重新达到平衡。但是除了这两种机制外,经过研究,找到另外一个新的机制可以让金属-超导-金属结的左右界面隧道电流重新达到平衡。这新的机制就是在金属-超导-金属双势垒隧道结系统中,入射空穴和入射电子存在一个随机相位,然后入射电流和出射电流对不同的相位求平均,左右界面的隧道电流重新达到平衡。这种相位平均机制相对其他两种旧的机制更加合理和更符合物理学的解析。对于金属-超导超晶格隧道谱的研究,有关其散射系数的求解可以通过传输矩阵的方法,推导出金属-超导超晶格散射系数一般表达式。运用相位平均机制和BTK理论计算金属-超导超晶格微分电导。通过对金属-超导超晶格的隧道谱的分析,我们发现在粒子能量在大于能隙的区域存在尖锐的共振峰。而金属-超导超晶格所含的金属层和超导层数越多,这些共振峰更加尖锐。