半导体纳米线中的马约拉纳费米子：基础、建模与实验

经过一系列快速而激动人心的发展之后，对马约拉纳费米子——这种介于粒子和反粒子之间的难以捉摸的量子实体——的长期探索已经产生了首批积极的实验结果，但尚未结束。马约拉纳费米子最初由E. Majorana在粒子物理学背景下提出，其在凝聚态物理中的类似物是拓扑超导体中出现的零能束缚态。一种有前景的构建能够容纳马约拉纳零模的拓扑超导体的途径是，将具有强自旋-轨道相互作用的半导体薄膜或纳米线与常规s波超导体在外部塞曼场存在下进行邻近耦合。预测马约拉纳零模会在超过某个临界塞曼场时出现，作为局域在序参量缺陷（即薄膜中的涡旋和纳米线的线端）附近的零能态。这些马约拉纳束缚态预计会表现出非阿贝尔量子统计，这使其成为容错拓扑量子计算的理想构建模块。本综述通过关注近期发展，特别是首次报道与半导体纳米线-超导体混合结构中马约拉纳束缚态实现一致的实验特征之后的时期，提供了半导体纳米线中马约拉纳费米子搜索的最新现状。我们首先讨论该主题的基本方面，然后考虑现实建模，这是基于理想条件的理论预测与实验探测的真实世界之间的关键桥梁。最后一部分致力于最近令人鼓舞的实验进展所带来的一些有趣问题。