Majorana自旋电子学

我们提出一种无磁通的系统方法，利用Majorana费米子的自旋自由度，在基于半导体纳米线的拓扑约瑟夫森结中探测、操控和编织Majorana费米子。我们发现在一维有自旋拓扑超导体两端由Majorana零模（MZMs）强制的自旋三重态配对之间存在本征的$\pi$相位差。该$\pi$相位被确定为一种依赖于自旋的超导相位，称为自旋相位（spin-phase），我们展示其可通过电门控控制自旋轨道耦合强度来调谐。这种电可控的自旋相位不仅影响MZMs之间的耦合能，还在无任何外加磁通时导致分数量子约瑟夫森效应，从而实现高效的拓扑量子比特读取。因此我们提出一种全电控制的超导体-半导体混合电路来操控MZMs并探测其非阿贝尔编织统计性质。我们在拓扑约瑟夫森效应自旋性质上的工作，潜在地为基于Majorana的半导体量子电路的自旋电子学应用开辟了新方向。