超导 Proximity 效应的第一性原理实空间嵌入理论

当超导体接触正常材料时，库仑对会渗透至后者并通过 proximity 效应诱导超导性。尽管该效应在量子材料、超导器件及拓扑平台中占据核心位置，但对其在实际界面上进行的预测性第一性原理描述至今仍 Computationally prohibitive。本文我们通过基于实空间动力学嵌入的 Green's 函数框架，填补了这一空白，使其能够进行 mesoscopic 系统的超导 proximity 的第一性原理模拟。我们表明，proximity 效应可通过 normal 和 anomalous embedding self-energy 的透明图示形式表述，这有助于分离并量化由与超导浴耦合产生的 distinct renormalization 机制。通过将该形式与递归方案结合，我们计算了 local 谱函数和 proximity 长度，这些计算无需依赖厚接口板即可延伸至 bulk 内部数百纳米。我们在 tight-binding 模型（Qi-Hughes-Zhang 和 Fu-Kane-Mele）上部署该方法，其中分析了由 $s$-波超导体近缀于拓扑绝缘体上的混合奇偶超导性；并在 NbSe$_2$/CrBr$_3$异构结构上进行第一性原理模拟，基于密度泛函理论和最大局部 Wannier 函数，后者使其能够直接与扫描隧道显微镜实验进行比较。我们的工作提供了一种可扩展且概念统一的框架，将微观电子结构与 mesoscale proximity 物理相连，使其能够进行可预测的原子尺度超导界面模拟。