La reflexión de Andreev ( AR ), llamada así en honor al físico ruso Alexander F. Andreev , es un tipo de dispersión de partículas que se produce en las interfaces entre un superconductor (S) y un material en estado normal (N). Es un proceso de transferencia de carga mediante el cual la corriente normal en N se convierte en supercorriente en S. Cada reflexión de Andreev transfiere una carga 2e a través de la interfaz, evitando la transmisión prohibida de una sola partícula dentro de la brecha de energía superconductora .
El proceso implica un electrón (hueco) que incide en la interfaz del material en estado normal a energías menores que la brecha de energía superconductora . El electrón incidente (hueco) forma un par de Cooper en el superconductor con la retrorreflexión de un hueco (electrón) de espín y velocidad opuestos pero igual impulso al electrón incidente (hueco), como se ve en la figura. Se supone que la transparencia de la barrera es alta, sin óxido ni capa de túnel, lo que reduce los casos de dispersión normal electrón-electrón o hueco-hueco en la interfaz. Dado que el par consta de un electrón de espín ascendente y descendente , un segundo electrón (hueco) de espín opuesto al electrón incidente (hueco) del estado normal forma el par en el superconductor y, por tanto, el hueco (electrón) retrorreflejado. A través de la simetría de inversión del tiempo, el proceso con un electrón incidente también funcionará con un hueco incidente (y un electrón retrorreflejado).
El proceso depende en gran medida del espín: si solo una banda de espín está ocupada por los electrones de conducción en el material en estado normal ( es decir, está completamente polarizada por espín), la reflexión de Andreev se inhibirá debido a la incapacidad de formar un par en el superconductor. e imposibilidad de transmisión de una sola partícula. En un ferroimán o material donde existe polarización de espín o puede ser inducida por un campo magnético, la fuerza de la reflexión de Andreev (y por tanto la conductancia de la unión) es una función de la polarización de espín en el estado normal.
La dependencia del espín de la AR da lugar a la técnica de reflexión puntual de Andreev (o PCAR), mediante la cual una punta superconductora estrecha (a menudo niobio , antimonio o plomo ) se coloca en contacto con un material normal a temperaturas inferiores a la temperatura crítica de la punta. . Aplicando un voltaje a la punta y midiendo la conductancia diferencial entre ésta y la muestra, se puede determinar la polarización de espín del metal normal en ese punto (y el campo magnético). Esto es útil en tareas como la medición de corrientes polarizadas por espín o la caracterización de la polarización de espín de capas de materiales o muestras a granel, y los efectos de los campos magnéticos sobre dichas propiedades.
En un proceso AR, la diferencia de fase entre el electrón y el hueco es −π/2 más la fase del parámetro de orden superconductor .
La reflexión cruzada de Andreev, o CAR, también conocida como reflexión de Andreev no local, ocurre cuando dos electrodos de material en estado normal separados espacialmente forman dos uniones separadas con un superconductor, con la separación de la unión del orden de la longitud de coherencia superconductora BCS del material en cuestión. . En tal dispositivo, la retrorreflexión del agujero de un proceso de reflexión de Andreev, resultante de un electrón incidente con energías menores que la brecha superconductora en un cable, ocurre en el segundo cable normal espacialmente separado con la misma transferencia de carga que en un proceso AR normal. a un par de Cooper en el superconductor. [1] Para que se produzca CAR, deben existir electrones de espín opuesto en cada electrodo normal (para formar el par en el superconductor). Si el material normal es un ferroimán, esto puede garantizarse creando una polarización de espín opuesta mediante la aplicación de un campo magnético a electrodos normales de diferente coercitividad .
CAR ocurre en competencia con el túnel elástico o EC, el túnel mecánico cuántico de electrones entre los conductores normales a través de un estado intermedio en el superconductor. Este proceso conserva el espín del electrón. Como tal, un potencial CAR detectable en un electrodo al aplicar corriente al otro puede quedar enmascarado por el proceso EC competitivo, lo que dificulta una detección clara. Además, la reflexión normal de Andreev puede ocurrir en cualquiera de las interfaces, junto con otros procesos normales de dispersión de electrones desde la interfaz normal/superconductora.
El proceso es de interés en la formación de entrelazamiento cuántico de estado sólido , mediante la formación de un par de huecos de electrones entrelazados espacialmente separados (Andreev), con aplicaciones en espintrónica y computación cuántica .