Topologisk superledende fase beskyttet af 1-D lokale magnetiske symmetrier

Topologiske superledere (TSC'er) er en ny form for topologiske kvantetilstande med fuldt superledende gappet båndstruktur i bulk, men de understøtter gapeløse ophidselser kaldet Majorana zero modes (MZM'er) ved grænserne. På grund af deres ikke-lokale korrelation og ikke-abelske statistiske karakter, MZM'er foreslås som qubits i topologisk kvanteberegning. Derfor, søgning og drift af MZM'er i TSC -materialer er nu et vigtigt emne inden for kondenseret fysik.

For at identificere en TSC, man bør først undersøge dens topologiske klassificering. Den topologiske klassificering afhænger meget af symmetrierne, herunder tids-reverseringssymmetri, partikelhulsymmetri, og især de krystallinske symmetrier. Uden hensyn til krystallinske symmetrier, Bogoliubov-deGennes (BdG) Hamiltonians af 1-D superledere har kun Z2-klassifikationen. Spejlrefleksionssymmetrien og rotationssymmetrier kan forbedre klassificeringen til Z -klasse. Alligevel, den topologiske klassificering af superledere med generelle magnetiske symmetrier er stadig et åbent spørgsmål.

I en ny forskningsartikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , forskere fra Huazhong University of Science and Technology i Wuhan, Kina, og Princeton University i New Jersey, USA foreslog metoden til at klassificere den topologiske superledende fase ved at undersøge kompatibiliteten mellem forskellige MZM'er. Medforfattere Jinyu Zou, Qing Xie, Zhida Song og Gang Xu analyserede den topologiske klassificering af gappede superledende ledninger med lokale magnetiske symmetrier (LMS'er). De fandt ud af, at en effektiv BDI -klasse TSC kan realiseres i M _x T eller C _2z T uforanderlig ledning. Bemærkelsesværdigt, de nye TSC -faser karakteriseret ved Zh invariant i C _4z T -tilfælde og Zhoplus Zc invariant i C6zT -tilfælde opdages.

I artiklen med titlen "Nye typer topologiske superledere under lokale magnetiske symmetrier". Forfatterne fokuserer på 1D -superledende tråde med LMS'er T '=M _x T, C _2z T, C _4z T og C. _6z T. "Operationen af ​​T 'ændrer ikke elektronernes position. Derfor virker den på BdG Hamiltonian som en tidsomvendt operatør". Kombination af T 'og partikelhulsymmetri P fører til en chiral symmetri S =T'P. BdG Hamiltonian kan adoptere den diagonaliserede form i henhold til den chirale symmetri. Og MZM'erne er egenstaterne for den chirale symmetri S. Forfatterne finder "MZM'er, der har chirale egenværdier s og -s, kan koble sig til hinanden og elimineres." Efter retningslinjen, de analyserer kompatibiliteten af ​​MZM'erne i slutningen af ​​1D -superledende ledninger med LMS'er, og opsummere deres topologiske klassifikation som anført i tabel I.

Den M. _x T og C. _2z T -tilfælde svarer til BDI -klassen med kiral topologisk invariant Zc. Mens C4zT -kabinet er karakteriseret ved spiralformet Z ^h uændret, som angiver flere Majorana Kramer -par i slutningen af ​​den superledende ledning. I C _6z T -sag, "topologien for hele BdG Hamiltonian er klassificeret efter Z ^h oplus Z ^c , ". I sådan en ny topologisk fase, "spiralformede og kirale MZM'er kan sameksistere."

"For at illustrere TSC -fasen med LMS C _4z T, vi konstruerer en 1D anti-ferromagnetisk kæde langs z-retning, "tilføjer forskerne. De giver modellens topologiske fasediagram." I den ikke -private TSC -fase, den åbne kvantetråd fanger et helt tal par MZM'er i dens ender. "de viser også MZM'erne gennem numerisk og analytisk beregning.

"Disse resultater beriger ikke kun sorten af ​​1-D TSC, men også give frodige byggesten til konstruktionen af ​​nye type 2-D og 3-D TSC'er ", som de forudser i slutningen af ​​artiklen, "For eksempel, man kan koble 1D TSC'erne i y-retning for at konstruere en 2-D TSC. De høje symmetri linjer ky =0 og ky =pi i momentumrum bevarer 1D LMS. Med de rigtige parametre, ky =0 og ky =pi linjer kan tilhøre en distinkt topologisk fase, og resultere i de gapløse udbredende Majorana -kantstater, der forbinder de ledende bånd og valensbånd. "