四端超导器件在四重态线上的反转：I. 二维金属与四重态分束器

结合近期哈佛大学小组关于含接地回路的石墨烯基四端约瑟夫森结的实验，我们考虑在四重态线上施加相反电压偏置，并在二维（2D）金属与四个超导引线之间于脏极限下建立以隧穿振幅的最低阶微扰理论。我们还给出了一般非微扰和非绝热结果。四重态线上的临界电流 $I_c(\Phi/\Phi_0)$ 通过三端四重态（3TQ）与非标准四端分裂四重态（4TSQ）之间的干涉依赖于约化磁通 $\Phi/\Phi_0$。4TSQ 源于两个约瑟夫森结通过交换两个在 2D 量子尾迹上“冲浪”的准粒子而同步，该机制在平衡态下已可运作。隧穿振幅的微扰理论表明，若接触线度尺寸远大于弹性平均自由程，则 3TQ 为 $\pi$ 移相而 4TSQ 为 $0$ 移相。我们确立了四重态临界电流振荡 $I_c(\Phi/\Phi_0)$ 的栅压依赖性。文中论证，“观测到 $I_c(0)\ne I_c(1/2)$”意味着“在四重态线上有限偏置电压及任意界面透明度下存在四端 4TSQ 的证据”。该论断依赖于导致四重态临界电流-磁通关系的 Ambegaokar-Baratoff 型公式的物理动机近似。结论是上述近期实验发现了四端 4TSQ 的证据。