《新型超導納米線材料中Majorana束縛態的能譜與輸運特性》是依託北京大學，由黃光耀擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型超導納米線材料中Majorana束縛態的能譜與輸運特性
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：黃光耀
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
凝聚態系統中的Majorana費米子束縛態，由於其非阿貝爾統計特性，是“拓撲量子計算”能夠實現的重要載體。而超導納米線系統則是目前最具希望產生Majorana束縛態的平台之一。本項目主要從兩個方面對超導納米線系統的Majorana束縛態進行理論研究：一，在新型納米線材料中，通過臨近效應引入超導，計算能譜和相圖，找到Majorana束縛態出現的參數；二，提出可行的新型納米線器件結構構想：多連線埠的超導納米線-量子點-超導納米線結構，SQUID（超導量子干涉儀）納米線器件等，通過非平衡格林函式方法計算其隧穿電導譜，提煉出Majorana束縛態的特徵信號。我們希望能找到更多的關於Majorana束縛態在納米線系統的證據，為最終製備出實用的器件奠定基礎。
結題摘要
拓撲量子計算是二十一世紀初提出的一種新型的量子計算實現方式，它利用了拓撲物態的準激發作為量子計算的載體，有望能夠解決傳統量子比特的退相位退相干的問題，實現抗干擾的容錯量子計算，因而受到廣泛的關注。在凝聚態物理中，理論研究表明，多種體系可以轉變為拓撲相，產生所需的拓撲準激發。而其中最有希望實現的，也是當前能夠在實驗室中製備出來的，為自旋軌道耦合半導體納米線系統，它的拓撲準激發稱為Majorana束縛態。 本項目針對半導體納米線系統，主要研究：（1）一維拓撲絕緣體碲化鉍（Bi2Te3）納米線（棒），p型空穴導電半導體等的納米線的能譜和相圖；（2）三段超導半導體納米線以及中間的量子點組成的Y-型結中的Majorana束縛態。 所得的重要結果如下。 在第一項內容中，我們得到了一維拓撲絕緣體納米線通過鄰近效應誘導出超導的能譜與相圖，發現以纏繞數作為拓撲不變數，可以得到不變數為0，正負1，以及正負2的相，分別與Majorana束縛態的成對的數目相對應。將器件做成超導量子干涉環，我們可以通過輸運譜的測量，得到纏繞數，以及纏繞數前面的符號信息。這些結果發表在Phys. Rev. B上（Phys. Rev. B 95, 155420 (2017)）。 第二項內容中，我們設計了由三段超導半導體納米線以及中間的量子點組成的Y-型結。通過對Majorana束縛態相關的能譜以及波函式分布的分析，我們發現在相位-能譜關係中，相位平面上總會存在一個能級交叉點，它的位置與超導相位差和納米線的方位角有關。計算結果可以推廣到任意的三端納米線器件中。這些結果待發表（arXiv:1801.08927）。 本項目的研究成果，拓展了半導體納米線領域中能夠實現拓撲超導產生Majorana束縛態的材料體系，設計了新型的納米線-量子點器件結構，為進一步實現拓撲量子計算的操控打下基礎。
