《強磁場下二維電子氣中準粒子性質的理論研究》是依託北京大學，由馬中水擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強磁場下二維電子氣中準粒子性質的理論研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：馬中水
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，存在著具有非阿貝爾統計的準粒子態可能性的預言重新點燃了人們對分數量子霍爾效應的濃厚興致，並被認為認為能夠套用於構建拓撲保護的量子計算比特。本申請中，我們將採用Moore-Read態與二維自旋極化的p波配對準粒子態之間的一致性來研究5/2填充量子態的兼併拓撲特性。鑒於磁場下邊緣態在二維電子氣中電子輸運扮演著非常關鍵的角色，我們將結合新近實驗對分數量子霍爾效應5/2態的研究，對通過雙量子接觸的Fabry-Perot干涉儀的隧穿電流做散粒噪聲的理論分析。此外，我們將研究微波輻照場是如何穩定邊緣通道內的電子軌跡，並對導致的零電阻做細緻的理解。
結題摘要
以往的研究表明5/2分數量子霍爾平台的手征馬廄偌納費米子邊緣態展現出中性費米子激發以及邊緣渦旋態。結合其體態性質，邊緣態遵從非阿貝爾統計。正是這一非尋常的物理特性及其在拓撲量子計算中的潛在套用引起了人們對馬廄偌納邊緣態深切的關注。近年來的研究發現類似的非阿貝爾任意子及其所對應的邊緣態也會出現在超導系統中。除了發現p波超導體的體非阿貝爾任意子在邊緣呈手征馬廄偌納邊緣態，對拓撲絕緣體的表面附著尋常的s波超導體，時間反演破壞導致非阿貝爾態的實現。此外，人們還提出了含自旋軌道耦合的二維電子氣或半金屬到拓撲絕緣體來實現非阿貝爾態。我們在本項目中對磁場下石墨烯/s波超導體和外爾半金屬/外爾超導體異質結對體態與邊緣態的對應，以及相應邊緣激發態的有效電荷做了研究。利用s波超導體來實現馬廄偌納邊緣態使得我們無需對材料像實現分數量子霍爾邊緣態那樣要求超純，而且，馬廄偌納費米子的超導實現能夠有較大的體激發能隙，使得能夠在較高溫度下操作。研究表面可以通過安德列夫反射來探測邊緣理論的分數電荷的激發態。我們磁場下具有線性色散關係的準粒子系統與超導體異質結構界面的Andreev 反射進行了分析，討論了其手征反常效應和邊緣態中平直能帶的拓撲，理解磁場下表面平直能帶和馬廄若納膜等新奇現象的物理起源。藉助在超導體界面的鄰近效應分析對平直能帶和馬廄若納膜的探測可能性。結合推廣的量子主方程，就電子在含穿梭效應的單分子結中遷移的散粒噪聲和退相干性做了研究。此外，我們對相關係統的自旋和熱輸運進行了計算。研究討論了利用載流子特性進行新電子器件設計的可行性。所得結構有助於我們對基礎物理問題的理解和理論上對實驗數據進行分析。
