Перенос заряда и спина между топологически нетривиальной низкоразмерной системой и металлом с макроскопическим параметром порядка

Проведены исследования транспорта через переходную область между топологически нетривиальной системой (двухмерные топологические изоляторы, трехмерные топологические вейлевские полуметаллы) и сверхпроводником. Изучен перенос заряда между двумя сверхпроводящими индиевыми контактами к поверхности трехмерного монокристалла WTe₂, который является вейлевским полуметаллом. Продемонстрировано наличие джозефсоновского тока в длинных (5 мкм) SNS- структурах, что доказывается как эволюцией вольт-амперных характеристик с изменением магнитного поля и температуры, так и наблюдением ступеней Шапиро под микроволновым излучением. Обнаружено, что характер подавления критока магнитным полем качественно различается для разных ориентаций поля по отношению к плоскости SNS-перехода. Продемонстрирована картина осцилляций, известная для джозефсоновского интерферометра. Этот факт, как и наблюдение дробных ступеней Шапиро под микроволновым облученим (т.е. сложного характера ток-фазного соотношения), указывают на существование и интерференцию нескольких каналов переноса джозефсоновского тока. Анализ показывает, что джозефсоновский ток переносится поверхностными состояниями на противоположных гранях образца. Экспериментально исследован андреевский транспорт через интерфейс между сверхпроводящим индием и краем двуслойной системы InAs/GaSb в различных режимах: прямозонного полупроводника, топологического изолятора, двухмерного полуметалла. Для изучения этих режимов InAs/GaSb-спектра- исследованы образцы с шириной InAs-квантовой ямы 10, 12, и 14 нм. В тривиальном случае прямого спектра в образцах с узкой 10 нм-ямой дифференциальное сопротивление ведет себя монотонно внутри сверхпроводящей щели. Для InAs/GaSb-структур с инверсией зон (12 и 14 нм) наблюдаются дополнительные структуры в андреевском сигнале при низких напряжениях, что может быть интерпретировано как проявление индуцированной эффектом близости сверхпроводимости в проводящем токонесущем состоянии на краю InAs/GaSb-системы. Для образцов с 14 нм-InAs-квантовой ямой выявлены особенности в сопротивлении внутри щели, напоминающие мезоскопические флюктуации, и продемонстрировано их пороговое подавление в слабых магнитных полях. Экспериментально изучен процесс андреевского отражения на интерфейсе между классическим трѐхмерным сверхпроводником (ниобий) и двухмерным полуметаллом, реализованным в широкой (20 нм) квантовой яме CdHgTe/HgTe/CdHgTe либо в двухслойной полуметаллической системе InAs/GaSb. Для двух различных систем обнаружено качественно схожее поведение: дифференциальное сопротивление при некотором напряжении на контакте (менее сверхпроводящей щели) демонстрирует резкий рост от классического андреевского значения к значениям, превышающим нормальное сопротивление. Значение напряжения перехода соответствует величине перекрытия зон для этих систем с инверсией спектра, что позволяет отождествить рост дифференциального сопротивления с переходом от классического режима (ретро, при малых напряжениях) к зеркальному режиму (при больших напряжениях) андреевского отражения.