요시바루신 상태를 통한 조셉슨 터널링 전류와 초전도 순서 매개변수의 π 전이 관계

초록

본 연구는 자기성 임펄스를 가진 단일 원자 불순물이 s‑파형 초전도체에 도입될 때 발생하는 요시바루신(YSR) 상태와, 그에 수반되는 두 종류의 π‑전이(조셉슨 전류의 부호 전환과 국부 초전도 순서 매개변수의 부호 전환) 사이의 상관관계를 이론적으로 분석한다. 자기 임펄스와 초전도체 사이의 결합 강도를 조절함으로써 양자 상전이(QPT)를 유도하고, 자가일관적인 BdG 계산과 자기일관적인 안데르손 모델을 통해 전류‑위상 관계와 순서 매개변수의 공간 분포를 동시에 조사한다. 결과적으로 두 π‑전이는 동일한 YSR 상태에 의해 발생하지만, 서로 직접적인 인과관계는 없으며, 조셉슨 전류는 국부 순서 매개변수의 부호 변화에 민감하지 않다는 점을 밝힌다.

상세 분석

이 논문은 초전도체 표면에 흡착된 단일 자기성 불순자를 모델링하기 위해 평균장 안데르손 임펄스 모델을 사용하고, 이를 두 개의 s‑파형 초전도 전극(STM 팁과 기판)과 결합한 BdG 격자 모델에 삽입한다. 핵심 변수는 불순자‑기판 결합 강도 t_s와 불순자‑팁 결합 강도 t_t이며, t_t는 실험적 터널링 조건을 반영해 매우 작은 값(0.05t)으로 설정한다. 불순자 자체는 스핀 분할 J=1t와 온사이트 에너지 ε_i=0을 갖는 단일 레벨로 묘사된다.

YSR 상태의 에너지 ε_YSR는 기존의 분석식(ε_YSR = ±Δ_0·(J^2−Γ_s^2−ε_i^2)/