О баллистическом транспорте в каналах с отрицательным преломлением частиц

Abstract

Рассматривается баллистический транспорт в канале, состоящем из двух слоев, в предположении, что на их границе осуществляется отрицательное преломление движущихся по каналу частиц, аналогичное известному в оптике эффекту Веселаго. К такой постановке может приводить электронный транспорт в графене и вейлевских металлах, где отрицательное преломление обусловлено эффектом Клейна на p–n-переходе, а также спиновый, например фотонный, транспорт в метаматериалах. Показано, что в квазиклассическом приближении граница с отрицательным преломлением обладает свойством, аналогичным рассеянию назад, и поэтому может существенно влиять на транспорт через длинные и узкие каналы даже в случае совершенной границы. Если же граница не является совершенной (шероховатости, адсорбированные примеси и т.п.), и процессы преломления (туннелирования) и отражения происходят случайно, то набор интересных свойств канала существенно расширяется и открывает возможности эффективного управления прохождением частиц через такие каналы, включая как режим плавного управления, так и режим жесткой отсечки.

Розглянуто балiстичний транспорт в каналi, що складається з двох шарiв, припускаючи, що на їх границi здiйснюється відмінне заломлення частинок, що рухаються по каналу, аналогiчне вiдомому в оптицi ефекту Веселаго. До такої постановки може призводити електронний транспорт в графенi та вейлевських металах, де відмінне заломлення обумовлено ефектом Клейна на p–n-переходi, а також спiновий, наприклад фотонний, транспорт в метаматерiалах. Показано, що в квазiкласичному наближеннi границя з відмінним заломленням має властивiсть, аналогiчну розсiюванню назад i тому може iстотно впливати на транспорт через довгi i вузькi канали навiть у випадку досконалої границi. Якщо ж границя не є досконалою (шорсткостi, адсорбованi домiшки i т.п.), i процеси заломлення (тунелювання) i вiдображення вiдбуваються випадково, то набiр цiкавих властивостей каналу iстотно розширюється та вiдкриває можливостi ефективного управлiння проходженням частинок через такi канали, включаючи як режим плавного управлiння, так i режим жорсткого вiдсiчення.

We have considered ballistic transport in a channel consisting of two layers, assuming that on the layers boundary negative refraction of particles, moving along the channel, takes place, which is similar to Veselago effect known in optics. To such a formulation of the model can lead electron transport in graphene and Weyl metals, where negative refraction is due to the Klein effect on the p–n junction, as well as the spin, for example, the photon transport in metamaterials. We have shown that in the semiclassical approximation the boundary with negative refraction has the property, which is similar to backscattering and therefore can significantly affect the transport through long and narrow channels, even in the case of a perfect border. If the border is not perfect (roughness, adsorbed impurities, etc.), and processes of refraction (tunneling) and reflection occur randomly, then a set of interesting properties of the channel substantially expands and opens effective control particles through such channels, including smooth mode as well as hard cut-off mode.