基于第一性原理评估 CdTe 作为 $\mathbf{\alpha}$-Sn/InSb 界面的隧穿势垒
材料科学
2023-03-30 v1
摘要
马约拉纳零模有望应用于拓扑量子计算，预期出现在超导/半导体界面中，例如 -Sn 和 InSb。然而，与超导体的邻近效应也可能对半导体的局域性质产生不利影响。在界面处插入隧穿势垒可解决此问题。我们评估宽禁带半导体 CdTe 作为晶格匹配界面 -Sn 与 InSb 之间介导耦合的候选材料。为此，我们使用带 Hubbard U 修正的密度泛函理论（DFT），其取值通过贝叶斯优化（BO）[npj Computational Materials 6, 180 (2020)] 机器学习得到。DFT+U(BO) 的结果针对 -Sn 和 CdTe 的角分辨光电子能谱（ARPES）实验进行了验证。对于 CdTe，使用 z-展开方法 [Advanced Quantum Technologies, 5, 2100033 (2022)] 来分辨不同 值对 ARPES 的贡献。然后我们研究了 InSb/-Sn、InSb/CdTe 和 CdTe/-Sn 双层界面以及 CdTe 厚度递增的 InSb/CdTe/-Sn 三层界面中的能带偏移和金属诱导隙态（MIGS）的穿透深度。我们发现 16 个原子层（3.5 nm）的 CdTe 可作为隧穿势垒，有效屏蔽 InSb 免受来自 -Sn 的 MIGS 影响。这可能指导未来马约拉纳零模实验中半导体-超导器件中 CdTe 势垒尺寸的选择以介导耦合。
引用
@article{arxiv.2301.02879,
title = {First Principles Assessment of CdTe as a Tunnel Barrier at the $\mathbf{\alpha}$-Sn/InSb Interface},
author = {Malcolm J. A. Jardine and Derek Dardzinski and Maituo Yu and Amrita Purkayastha and A. -H. Chen and Yu-Hao Chang and Aaron Engel and Vladimir N. Strocov and Moïra Hocevar and Chris J. Palmstrøm and Sergey M. Frolov and Noa Marom},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.02879},
year = {2023}
}