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凝聚态物理 > 超导性

arXiv:2504.17702 (cond-mat)
[提交于 2025年4月24日 ]

标题: 原子级薄层中的实空间超导性质:从头计算方法及其在约瑟夫森结中的应用

标题: Real-space superconducting properties in the atomically-thin limit: Ab initio approach and its application to Josephson junctions

Authors:Jonas Bekaert, Mikhail Petrov, Milorad V. Milošević
摘要: 实空间超导特性对于表征低维、层状和纳米结构材料变得越来越重要。 在这里,我们提出了一种从各向异性Migdal-Eliashberg计算得到的超导能隙谱中提取实空间超导序参量的方法,使用费米态的布洛赫波函数。 我们将这种方法应用于一系列原子级薄材料系统。 我们对gallenene(镓原子的单层)的分析表明,其平面相和皱褶相表现出不同的超导序参量行为,这些行为由它们的结构和电子性质决定。 此外,我们证明了我们的实空间方法非常适合识别和表征由范德华材料制成的约瑟夫森结。 我们对双层NbSe$_2$的研究揭示,范德华间隙作为超导NbSe$_2$层之间的内在弱连接。 因此,NbSe$_2$的双层代表了最薄且可调性最高的约瑟夫森结架构之一,在量子器件中有潜在应用。 我们的发现强调了通过从头计算理解超导性质时转换到实空间的重要性。
摘要: Real-space superconducting properties are increasingly important to characterize low-dimensional, layered, and nanostructured materials. Here, we present a method to extract the real-space superconducting order parameter from the superconducting gap spectrum obtained via anisotropic Migdal-Eliashberg calculations, using the Bloch wave functions of the Fermi states. We apply this approach to a selection of atomically thin material systems. Our analysis of gallenene, a monolayer of gallium atoms, shows that its planar and buckled phases exhibit distinct superconducting order parameter behaviors, shaped by their structural and electronic properties. Furthermore, we demonstrate that our real-space approach is exceptionally suited to identify and characterize Josephson junctions made from van der Waals materials. Our examination of a bilayer of NbSe$_2$ reveals that the van der Waals gap acts as an intrinsic weak link between the superconducting NbSe$_2$ layers. Therefore, a bilayer of NbSe$_2$ represents one of the thinnest and most tunable Josephson junction architectures, with potential applications in quantum devices. Our findings underscore the utility of transformation into real-space in understanding superconducting properties through ab initio calculations.
主题: 超导性 (cond-mat.supr-con)
引用方式: arXiv:2504.17702 [cond-mat.supr-con]
  (或者 arXiv:2504.17702v1 [cond-mat.supr-con] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.17702
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jonas Bekaert [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 4 月 24 日 16:10:27 UTC (5,402 KB)
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