拓撲超導體的基態和元激發性質

《拓撲超導體的基態和元激發性質》是依託東南大學，由郝雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：拓撲超導體的基態和元激發性質
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郝雷
• 依託單位：東南大學

中文摘要

拓撲絕緣體是時間反演不變的系統中存在的具有非平庸Z2拓撲序的相。2010年由摻雜拓撲絕緣體Bi2Se3得到了轉變溫度為3.8K的超導體CuxBi2Se3。人們猜想其中的配對可能是拓撲非平庸的。拓撲超導體中的馬拉約那費米子元激發是實現拓撲量子計算的最有希望的載體。套用前景和基礎研究上的重要性使得拓撲超導體的研究吸引了眾多的關注。本項目中，我們將研究典型的二維和三維拓撲絕緣體的超導相的性質，包括其配對對稱性和元激發性質等。一方面，我們將研究三維拓撲絕緣體Bi2X3（X為Se或Te）由一些特定的配對機制導致的配對的對稱性及其非平庸的基態和元激發性質。另一方面，我們將研究具有自旋軌道耦合和電子強關聯的二維六角蜂窩晶格中的對稱破缺相，特別是該系統在強關聯極限情況下的零摻雜和摻雜相圖。對於相圖中一些拓撲非平庸的超導相，我們將進一步研究其元激發和輸運性質。

結題摘要

2010年，通過向拓撲絕緣體Bi2Se3摻銅，得到了轉變溫度為3.8K的超導體CuxBi2Se3。隨後不久，人們發現加壓可以更容易地把一些拓撲絕緣體，如Bi2Se3和Bi2Te3等，也轉變為超導體。考慮到這些超導體正常態的拓撲性質，人們猜測其中的超導配對可能也是拓撲非平庸的。而拓撲超導體中的元激發—馬約拉那費米子—是實現拓撲量子計算的理想載體。因而，超導拓撲絕緣體，作為拓撲超導體家族的可能的新成員，吸引了眾多的關注。本項目中，我們研究了典型的二維和三維拓撲絕緣體的超導相的性質，包括其配對對稱性和元激發性質等。一方面，我們研究了三維拓撲絕緣體Bi2X3（X為Se或Te）由一些特定的配對機制導致的配對的對稱性及其非平庸的基態和元激發性質。例如，考慮短程庫侖排斥型相互作用，我們的計算表明超導拓撲絕緣體的主要配對通道是各向異性的自旋單重態配對。由於材料內稟的自旋軌道相互作用，幾種不同的配對通道總是同時存在。一種奇特的軌道宇稱和空間宇稱都為奇的配對通道支持表面Andreev束縛態。另外，為了更深入地把握超導拓撲絕緣體的表面態性質，我們提出了一種構造超導拓撲絕緣體的低能有效模型的簡便方法。根據這種方法，我們不僅可以很容易地判斷某種配對是否支持表面束縛態，而且還預言實際的超導拓撲絕緣體可以支持兩對表面Andreev束縛態。另一方面，我們研究了具有自旋軌道耦合和電子強關聯的二維六角蜂窩晶格（Kane-Mele-Hubbard模型）的對稱破缺相。我們通過Schrieffer-Wolff變換構造出了該模型在強關聯極限情況下的低能有效模型，並進行了平均場處理。這部分工作我們還沒有得到最後的結果。