自旋轨道耦合系统中的拓扑非平凡超导电性：体相与量子相变

拓扑非平凡超导电性已被预测存在于具有显著自旋轨道耦合且外加塞曼分裂的超导体中。目前已提出两类此类系统：(a) 半导体上邻近诱导的 s 波超导对势，以及 (b) 由本征 s 波配对相互作用自然产生的对势。众所周知，此类系统以二维薄膜或一维纳米线（可构成线网络）的形式可用于拓扑量子计算。当外加塞曼分裂 $\Gamma$ 超过临界值 $\Gamma_c$ 时，系统从常规超导相转变为非阿贝尔拓扑超导相。在本文考虑的 (a) 和 (b) 两种情况下，对势 $\Delta$ 在常规超导相和拓扑超导相中均为严格的 s 波，两相由位于 $\Gamma_c = \sqrt{\Delta^2 + \mu^2}$ 的拓扑量子临界点分隔，其中 $\mu (>> \Delta)$ 为化学势。另一方面，由于 $\Gamma_c >> \Delta$，拓扑相所需的塞曼分裂 ($\Gamma > \Gamma_c$) 远大于在无自旋轨道耦合时预期 s 波对势消失（系统变为非超导）的阈值 ($\Gamma \sim \Delta$)。因此我们面临一种情况：拓扑超导相似乎出现在一个参数区间，而该区间内若无自旋轨道耦合，系统实际上是非超导的。本文探讨了纯 s 波对势如何在强塞曼场中存活并产生拓扑超导相的问题。我们证明，自旋轨道耦合是实现 $\Gamma >> \Delta$ 条件下拓扑非平凡超导相的量子转变及其鲁棒性的关键参数。