РУС/ENG    

Транспорт в мезоскопических системах

Я.В. Фоминов

Дисциплина «Транспорт в мезоскопических системах» является введением в современный раздел физики твердого тела, посвящённый изучению транспорта заряда (т.е. токовых состояний) в мезоскопических структурах. Мезоскопические структуры являются промежуточными между микро- и макроскопическими системами; в нашем контексте это означает системы со многими электронами, в которых движение отдельных электронов тем не менее существенно влияет на свойства системы. Курс состоит из двух частей, посвящённых нормальным (т.е. несверхпроводящим) и сверхпроводящим системам. Ряд таких структур являются базовыми для устройств наноэлектроники.

Программа

Часть 1. Нормальные системы.

• Квантовые точечные контакты. Квантование проводимости (кондактанса) в контактах типа плавного сужения. Аналогия с волноводами. Подход Ландауэра: проводящие каналы, матрица рассеяния, transmission eigenvalues. Формула Шарвина. Шум и фактор Фано.
• Кулоновская блокада. Одноэлектронное туннелирование через конденсатор. Одноэлектронный транзистор (SET), управление зарядом островка с помощью затвора, точки вырождения. Кулоновские алмазы (Coulomb diamonds) при нулевой температуре. Ортодоксальный метод (orthodox theory) и вычисление линейного кондактанса при малых температурах вблизи точек вырождения.

Часть 2. Сверхпроводящие системы.

• Андреевское отражение. Основные факты про сверхпроводимость и теорию БКШ. Уравнения Боголюбова – де Жена. Андреевское отражение от идеальной NS границы. Тезисно: перекрёстное андреевское отражение (CAR), нелокальная проводимость, point-contact Andreev reflection spectroscopy и измерение спиновой поляризации. Андреевская проводимость неидеальной NS-границы, подход BTK (Blonder, Tinkham, Klapwijk). Андреевские уровни в коротком SNS-контакте (метод матрицы рассеяния). Джозефсоновский ток в этой системе. Общие факты об эффекте Джозефсона. MAR (многократное андреевское отражение) в идеальном SNS-контакте. Ток квазичастиц и ВАХ. Андреевское отражение на FS-границе.
• Стационарный эффект Джозефсона. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Граничные условия. Туннельный SIS-контакт. Эффект близости в SINIS-контакте. Эффект Джозефсона в SINIS-контакте. Теория Асламазова-Ларкина для контакта с сужением. Уравнения Гинзбурга-Ландау при наличии обменного поля; π-состояние SFS контакта.

Литература

Основная литература:

1. Yu.V. Nazarov and Ya.M. Blanter, "Quantum transport", Cambridge University Press, 2009.
2. Н.М. Щелкачёв, Я.В. Фоминов, Электрический ток в наноструктурах: кулоновская блокада и квантовые точечные контакты (учебно-методическое пособие), М.: МФТИ, 2010.
3. Я.В. Фоминов, Н.М. Щелкачёв, Эффект Джозефсона (учебно-методическое пособие), М.: МФТИ, 2010.

Дополнительная литература:

4. Й. Имри, «Введение в мезоскопическую физику», М.: Физматлит, 2004.
5. S. Datta, «Electronic transport in mesoscopic systems», Cambridge University Press, 1997.
6. В.В. Шмидт, «Введение в физику сверхпроводников», М.:МЦНМО, 2000.
7. M. Tinkham, «Introduction to superconductivity» (2nd edition), McGraw-Hill, 1996.