Nichtlokale Andreevreflexion in Supraleiter-Ferromagnet-Heterostrukturen

Andreevreflexion ist ein Prozess, bei dem ein Elektron aus einem normalen Metall in einen Supraleiter injiziert und als Loch reflektiert wird, so dass insgesamt zwei Elementarladungen transferiert und im Supraleiter ein Cooperpaar gebildet wird. Bei der nichtlokalen Andreevreflexion (englisch Crossed Andreev Reflection, kurz CAR) werden Elektron und Loch durch zwei getrennte Kontakte transmittiert, wobei deren Abstand die Kohärenzlänge des Supraleiters nicht überschreiten darf. Dieser Prozess führt zu einem nichtlokalen elektrischen Leitwert. Die Transmission des Elektrons und des Loches durch die beiden Kontakte findet nahezu zeitgleich statt, so dass eine für fermionische Systeme ungewöhnliche positive Strom-Strom-Korrelation erwartet wird. Man kann CAR auch auffassen als den Zerfall eines Cooperpaares in zwei Elektronen in den beiden Kontakten, so dass ein räumlich getrenntes, quantenmechanisch verschränktes Elektronenpaar (Einstein-Podolsky-Rosen-Paar) entsteht.

Ziel des Projektes ist, in Zusammenarbeit von Theorie (Belzig) und Experiment (Beckmann) zunächst zu einem quantitativen Verständnis des nichtlokalen Leitwertes durch CAR und konkurrierende Prozesse zu kommen. Da CAR auf die Längenskala der supraleitenden Kohärenzlänge beschränkt ist und die Cooperpaare in konventionellen Supraleitern eine Spin-Singulett-Struktur haben, eignen sich für deren Untersuchung lithographisch hergestellte Supraleiter-Ferromagnet-Heterostrukturen, die Kontaktabstände von wenigen hundert Nanometern und Spinselektion erlauben. Ausgehend von diesen Arbeiten sollen dann an optimierten Strukturen die erwarteten positiven Strom-Strom-Korrelationen zum Nachweis der CAR gemessen und quantitativ beschrieben werden.