用于构造马约拉纳零模的 PbTe-Pb 混合纳米线的数值研究
介观与纳米尺度物理
2022-03-01 v2
摘要
外延半导体-超导体（SM-SC）混合纳米线是实现马约拉纳量子比特的潜在候选。近期实验与理论工作表明，SM 中带电杂质在所有现有混合纳米线中仍是主要问题，其中 SM 为 InAs 或 InSb，而 SC 主要为 Al。在此，我们从理论上验证了近期提出的 PbTe-Pb 混合纳米线作为马约拉纳器件的潜在候选。通过研究 PbTe 纳米线的静电与电子性质，我们证明 PbTe 的巨大介电常数赋予其高带电杂质容忍度，这是相对于 InAs 与 InSb 纳米线的潜在优势。此外，我们发现 PbTe 纳米线的有效轴向朗德 因子与 Rashba 自旋轨道耦合强度可与 InAs 纳米线相媲美。使用 Pb 作为 SC 的可想优势为：(i) Pb 比 Al 具有更大的超导能隙、更高的临界温度与更高的平行临界磁场；(ii) 即便 Pb 与 PbTe 间为弱耦合，也能在 PbTe-Pb 中诱导出与 InAs-Al 和 InSb-Al 相当的超导能隙，同时缓解 SC 对 SM 的不利重整化与诱导无序效应；(iii) Pb 膜可在中间夹一薄缓冲层 CdTe 的情况下生长于 PbTe 上，解决了作为无序重要来源的晶格失配问题。在平行磁场存在下，我们表明 PbTe-Pb 的典型 BdG 能谱与隧穿谱类似于暴露于倾斜磁场的基于 InAs 和 InSb 的混合纳米线，此为 PbTe 纳米线高度各向异性朗德 因子的结果。所计算的 PbTe-Pb 拓扑相图表明，PbTe 的多谷特性使其比 InAs 和 InSb 更易进入拓扑超导相。
引用
@article{arxiv.2110.13803,
title = {Numerical study of PbTe-Pb hybrid nanowires for engineering Majorana zero modes},
author = {Zhan Cao and Dong E. Liu and Wan-Xiu He and Xin Liu and Ke He and Hao Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.13803},
year = {2022}
}
备注
21 pages, 12 figures, and 4 tables