合成复Weyl超导体、手性Josephson效应与合成半涡旋

我们表明，手性费米子自旋单重态超导序参量的最一般形式为$\Delta_s+i\gamma^5\Delta_5$，其中$\Delta_s$为通常的序参量，$\Delta_5$为赝标量序参量。在提取出$U(1)$相位$e^{i\phi}$后，这种超导形式在$(\Delta_s,\Delta_5)$平面内容许额外的复结构。该平面中的极角$\chi$被称为手性角，将被锁定于$U(1)$相位$\phi$。我们提出了一种基于拓扑绝缘体(TIs)与超导体(SCs)堆叠的合成方案。或者，以磁通$\pm\Phi$偏置超导体可得$\Delta_5=\Delta_0 \sin(\chi)$，其中$\Delta_0$为SC层的超导序参量，手性角$\chi=\Phi/\Phi_0$直接由磁通$\Phi$以磁通量子$\Phi_0=h/(2e)$为单位给出。这可用作构建二维Josephson阵列的基本单元。在此方案中，$\chi$将作为定义赝标量$\Delta_5$的背景场，可被调至所需构型。在均匀背景场$\Delta_5$中，$\phi$的动力学由标准XY模型及其相关涡旋给出，而交错背景$\pm\Delta_5$（或等价地在交替格点上$\chi$与$\chi+\pi$）为$\phi$场创建了一组新的极小值，将支持半涡旋激发。在均匀背景中$\chi$场内的一个孤立合成“半涡旋”将束缚一个$\phi$-半涡旋。这类似于p波超导涡旋核束缚Majorana费米子的方式。