磁性原子链系统中的 Majorana 自旋

在本文中，我们确立了利用自旋分辨测量，可以将嵌入超导体中的磁性原子链拓扑能带结构产生的 Majorana 零模与该系统可能偶然形成的平凡局域零能态区分开来。为了展示这一关键的 Majorana 诊断方法，我们使用量子杂质模型（在平均场水平上）研究了超导体中磁性杂质诱导的带内 Shiba 态的自旋组成。通过在 Bogoliubov-de Gennes (BdG) 粒子 - 空穴对称性的背景下考察自旋密度和谱密度，我们推导出了一个求和规则，该规则将局域 Shiba 态的自旋密度与无超导性正常态下的自旋密度联系起来。将我们的研究扩展到磁性杂质的铁磁链，我们确定了扩展 Shiba 态能带的自旋特性关键特征，以及在包含自旋轨道相互作用效应时与局域 Majorana 端模相关的特征。随后，我们构建了利用自旋极化扫描隧道显微镜（STM）技术测量局域自旋密度的唯象理论。通过结合计算出的自旋密度和测量理论，我们表明自旋极化 STM 测量可以揭示原子链中拓扑超导相内偶然零能平凡 Shiba 态与 Majorana 零模之间自旋极化的鲜明对比。我们进一步通过针对通用参数设置的数值模拟证实了我们的结果。