通过 $4\pi$ 相位滑移探测分数约瑟夫森效应

分数约瑟夫森效应是拓扑超导体系中马约拉纳费米子的独特特征。由于准粒子中毒及超导体中非期望耦合的干扰，该效应极难在实验上探测。本文提出一种方案，通过 $4\pi$ 相位滑移来探测基于半导体纳米线的拓扑约瑟夫森结中的分数直流约瑟夫森效应。利用拓扑射频超导量子干涉装置（RF SQUID）系统，我们发现约瑟夫森耦合的主要贡献来自马约拉纳费米子的相互作用，导致具有 $4\pi$ 相位滑移的共振隧穿。基于实验可及参数的计算表明，探测相位滑移的时间尺度比非平衡准粒子的中毒时间短两个数量级。此外，在合理的纳米线长度下，$4\pi$ 相位滑移可压倒拓扑平庸的 $2\pi$ 相位滑移。我们的工作对于探索超导体相位的适度量子涨落对拓扑系统的影响具有重要意义，并为量子信息处理提供了一种新方法。