探测半导体 - 超导体异质结构中的涡旋 Majorana 费米子与拓扑性质

我们研究了铁磁性和自旋轨道耦合半导体 - 超导体异质结构中涡旋核内 Majorana 费米子特征的局域态密度、谱函数和超导配对振幅。我们表明，Majorana 费米子准粒子动量分布总是对称地分布在围绕高对称点的有限半径处，从而为低能态成为 Majorana 费米子提供了一个必要条件。在穿过涡旋核的局域态密度实空间剖面中，Majorana 费米子与其他有限能量涡旋态一起形成了仅在非平凡拓扑中存在的特征 X 形结构。此外，我们发现拓扑非平凡相的墨西哥帽能带结构特性转化为局域态密度中的多个高强度能带边缘，以及位于超导能隙之上的涡旋核态。最后，我们发现奇频配对与 Majorana 费米子的出现之间没有强相关性，但一旦存在铁磁性，奇频配对就会存在。事实上，我们发现唯一与任何相变直接相关的涡旋超导配对振幅，是在前拓扑涡旋核展宽相变时，涡旋核中某些自旋三重态 $p$-波配对分量的出现。