邻近超导体原子的量子理论

超导关联对局域电子态的影响对于基础与应用超导（SC）领域的大量实验至关重要，包括超导体表面原子杂质的扫描隧道显微镜研究，以及中性离子和里德伯态的超导离子阱光谱学。此外，靠近表面的类原子中心目前被认为是基于超导器件的量子比特中噪声与退相干的主要来源。已知邻近效应会将原子轨道修饰为称为Yu-Shiba-Rusinov态（YSR）的类库珀对态，但超导对测得的轨道劈裂及光学/噪声跃迁的影响尚不清楚。本文超越了通常的经典自旋近似，研究了原子态中轨道简并与粒子数混合之间的相互作用。我们将原子建模为与常规$s$波超导体相互作用的广义Anderson模型。在在位库仑排斥为零（$U=0$）的极限下，我们得到了与经典自旋模型完全相同的YSR亚能隙能级。当$\Delta$较大且$U>0$时，YSR谱不再是准粒子型的，高度简并的轨道子空间根据其自旋、轨道和粒子数宇称对称性发生劈裂。我们证明$U>0$会在原子格林函数中激活额外的极点，这为最近在超导体中轨道简并杂质的扫描隧道显微镜观测到的峰劈裂提供了另一种解释。我们描述了YSR态对光子的光学激发与吸收，表明与非超导情形相比，许多额外的光学通道被打开。反之，额外的耗散通道意味着超导器件中由杂质引起的电磁噪声增加。