在一维强自旋轨道耦合纳米线中构建拓扑量子比特文献综述

 2023-08-17 16:40:53

文献综述(或调研报告):

在20世纪初,Dirac(1928)发展出了电子的相对论波动方程,并预测了反粒子的存在。反粒子与其所对应的粒子在质量、自旋、平均寿命和磁矩大小方面都相同;如果带电,两者电量相等而符号相反,磁矩和自旋的取向关系也相反。之后,Majorana(1937)发现狄拉克方程可以拥有实数解,对应于一种费米子,其反粒子就是它本身,而且这种粒子必然是电中性,这样的粒子被称为马约拉纳费米子。

马约拉纳零能模与马约拉纳费米子都是自身反粒子,却是不同的两个事物。马约拉纳零能模不是基本粒子,是准粒子;马约拉纳零能模遵循的不是费米狄拉克统计,而是非阿贝尔统计。在凝聚态领域,马约拉纳费米子和马约拉纳零能模往往不做区分,都指马约拉纳零能模。

马约拉纳零能模在凝聚态物理中总是成对出现,两个马约拉纳零能模可以构成费米子型准粒子态。只要马约拉纳零能模的空间相对位置不变,系统量子态保持不变;马约拉纳零能模位于超导能隙之中,超导能隙保护他们免受环境影响。由它组成的量子系统对局域干扰不敏感,如用于拓扑量子计算,有望解决其它量子计算方案容易受环境干扰而退相干的问题。

马约拉纳零能模基础探测手段包括:

零偏压电导峰

超导能隙中态密度为零,如果存在马约拉纳零能模,那么在零能的位置态密度不再为零。如果利用正常金属电极做隧道测量,通过改变门电压可以反映出被测位置的态密度能量分布。如果超导能隙中零能的位置有马约拉纳零能模,那么我们会测

到零偏压电导峰。零偏压电导峰是超导能隙中零能处存在准粒子态的直接证据,态密度测量也是比较容易进行的测量方式之一,所以态密度测量成为寻找马约拉纳零能模的首要测量手段,而零偏压电导峰成为马约拉纳零能模存在的首要特征。

零偏压电导峰揭示零能处存在准粒子态,这虽然是马约拉纳零能模的显著特征之一,但多种机制都可以产生零偏压电导峰,比如近藤效应、平滑的端点限制势、无序等,这一现象并不被认为是马约拉纳零能模的有力证据。

共振安德列夫反射与量子化电导

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