半导体-超导体纳米线中的子带占据

子带占据（即半导体中占据的子带或能级数目）是在寻找非阿贝尔 Majorana 零模的背景下表征超导体-半导体混合系统拓扑性质的一个关键物理参数。我们通过自洽求解半导体纳米线传导电子的 Schrödinger-Poisson 方程，从理论上研究了半导体纳米线器件的子带占据随外加栅极电势、半导体-超导体（SM-SC）功函数差以及表面电荷密度的变化关系。研究表明，导致能带弯曲的实际表面电荷密度会显著增加占据子带的数目，使得难以或不可能达到仅少数子带被占据的 regime。我们还表明，在多占据子带 regime 中，子带间的能量分离显著减小，这对实现和观测鲁棒的 Majorana 零模具有高度有害的后果。因此，实现鲁棒拓扑超导和 Majorana 零模的要求应包括较低的化学势值，与仅少数子带被占据相一致。最后，我们表明，暴露的纳米线刻面上的局域态密度提供了一种强有力的工具，用于识别多占据子带的 regime，并能够提供关于半导体-超导体器件中 Majorana 物理可行性的额外关键信息。在我们的工作中，我们讨论了当前实验关注的 InAs/Al 和 InSb/Al 超导体-纳米线混合系统。