自旋轨道耦合半导体中的非阿贝尔量子序：固态系统中拓扑马约拉纳粒子的探寻
超导电性
2010-12-23 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
我们表明，一个普通的具有自旋轨道耦合的半导体薄膜，在适当条件下，可以处于一种量子拓扑有序态，支持遵循非阿贝尔统计的奇异马约拉纳激发。量子拓扑序的关键在于自旋轨道耦合与邻近效应诱导的 s 波超导以及外部诱导的自旋塞曼耦合的共存。对于低于临界值的塞曼耦合，系统是一个非拓扑的（邻近效应诱导的）s 波超导体。然而，对于高于临界值的一定范围的塞曼耦合，涡旋内部的最低激发态是一个零能马约拉纳费米子态。因此，系统通过由塞曼耦合调谐的拓扑量子相变(TQPT)进入了一个非阿贝尔 s 波超导态。在相同结构的一维版本中，对于高于临界值的塞曼耦合，半导体量子纳米线的两端存在局域的马约拉纳零能模。在这种情况下，塞曼耦合更容易通过平行于纳米线的外磁场诱导，从而无需磁性绝缘体。我们表明，尽管纳米线中的超导对势明确是 s 波的，但电子隧穿到纳米线两端会揭示出一个显著的零偏压峰。当塞曼耦合低于其临界值时，即纳米线处于非拓扑的 s 波超导态时，这种峰不存在。我们认为，在半导体纳米线中观测到这种零偏压隧穿峰，可能是迄今为止提出的在凝聚态系统中明确探测马约拉纳费米子模的最简单、最清晰的实验。
引用
@article{arxiv.1006.2829,
title = {Non-Abelian quantum order in spin-orbit-coupled semiconductors: The search for topological Majorana particles in solid state systems},
author = {Jay D. Sau and Sumanta Tewari and Roman Lutchyn and Tudor Stanescu and S. Das Sarma},
journal= {arXiv preprint arXiv:1006.2829},
year = {2010}
}