拓扑绝缘体纳米SQUID：用于拓扑超导的通量可调平台
介观与纳米尺度物理
2025-08-18 v3 材料科学
强关联电子
超导电性
摘要
过去十年中，人们做出了许多努力利用超导邻近效应实现拓扑超导，但理想的平台仍然缺乏。三维拓扑绝缘体（TI）因其自旋-动量锁定的表面态而对此目的具有前景。我们在此提出了一种新颖且简单的TI平台，能够产生一种对无序具有鲁棒性的拓扑相。它由一个体绝缘的矩形TI纳米线构成，该纳米线被两个超导体横向夹在中间。在该结构中，顶面和底面分别作为SNS线结工作，形成一个纳米尺度的柱状SQUID，其中纳米线截面定义了轴向磁场中的穿隧磁通量Φ。我们从理论上证明，当两个结不对称时，在广泛的Φ值范围内周期性地出现一个鲁棒的拓扑相，且独立于化学势。我们的实验发现，这种结构的TI器件确实表现出柱状纳米SQUID的行为，超电流仅通过顶面和底面流动，体相贡献消失。此外，顶/底不对称性可通过背栅进行调节，这是拓扑相的关键要素。
引用
@article{arxiv.2412.07993,
title = {Topological Insulator nano-SQUID: Flux-tunable platform for topological superconductivity},
author = {Ella Nikodem and Jakob Schluck and Henry F. Legg and Max Geier and Michal Papaj and Mahasweta Bagchi and Liang Fu and Yoichi Ando},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.07993},
year = {2025}
}
备注
Revised version including the simulations to demonstrate the robustness of the topological phase. 21 pages total; 9 pages of main text with 4 figures, 12 pages of supplement with 15 figures. The raw data and codes are available at the online depository Zenodo with the identifier https://doi.org/10.5281/zenodo.14331680