Pb$_3$Bi/Ge(111)中具有陈数$\mathcal{C} =-2$的手性拓扑超导态

手性拓扑超导的材料实现是在凝聚态物理中观测与操控Majorana费米子的关键条件。此处我们建立Pb$_3$Bi/Ge(111)的紧束缚描述，该系统最近被认定为实现手性$p$波拓扑超导的有吸引力的候选体系[Nat. Phys. 15, 796 (2019)]。我们首先表明，我们的唯象模型可捕捉第一性原理计算所得电子能带结构的两个主要特征，即巨Rashba分裂与II型范霍夫奇点。接着，当显式考虑母体Pb体系的$s$波超导性质时，我们发现该合金体系可被调控为陈数$\mathcal{C} = -2$的手性拓扑超导体，这源于足够强的Zeeman场与固有大Rashba自旋轨道耦合的协同效应。具有$\mathcal{C} = -2$的非平庸拓扑进一步被显示为可在具有恰当边界的体系中作为沿同一方向传播的两个手性Majorana边缘模被探测。我们最后讨论了建立所预测拓扑超导并观测相应Majorana边缘模的物理现实条件，包括超导能隙、Landé $g$因子与临界磁场的影响。本研究为在二维或相关界面体系中搜寻有效$p$波超导与Majorana费米子提供了有益指导。