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马约拉纳费米子的研究进展

激光与光电子学进展 2023年第5期60卷 18-32页

作者：陈华俊安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232001

马约拉纳费米子遵循非阿贝尔统计,在拓扑量子计算和量子信息处理方面具有潜在的应用前景。过去十多年中,各种可能存在马约拉纳零模的复合低维凝聚态系统相继被提出,并通过各种电学手段探测到了类似马约拉纳费米子的信号,如半导体纳米线... 详细信息

马约拉纳费米子遵循非阿贝尔统计,在拓扑量子计算和量子信息处理方面具有潜在的应用前景。过去十多年中,各种可能存在马约拉纳零模的复合低维凝聚态系统相继被提出,并通过各种电学手段探测到了类似马约拉纳费米子的信号,如半导体纳米线/超导体系统、铁原子链/超导结构、铁基超导复合系统,以及拓扑绝缘体/超导体异质结等,并且拓扑绝缘体可能存在马约拉纳费米子的提议备受关注。最近几年也在实验上观测到了类似马约拉纳费米子的信号。然而对于马约拉纳费米子在低维凝聚态系统中存在的确凿证据以及马约拉纳费米子实现的拓扑量子计算还有待研究。本文综述了在各种复合低维凝聚态系统中找寻马约拉纳费米子的方案,并对实验探寻马约拉纳费米子的电学方法进行了详细的阐述。当前马约拉纳费米子的理论研究和实验探测方案主要集中在电学测量方面,为了得到更确凿的马约拉纳费米子的证据,有必要提出可供选择的探测马约拉纳费米子的方法或模型。考虑目前在微纳尺度上的技术进展,结合复合微纳系统,通过引入光学泵浦-探测技术,提出一系列全光学探测马约拉纳费米子的方法。然后,对光学探测马约拉纳费米子,以及马约拉纳费米子诱导的相干光学传输进行了综述。最后,展望了在固态量子器件中马约拉纳费米子在拓扑量子计算上的应用前景。

关键词：量子光学马约拉纳费米子半导体纳米线铁原子链超导结构拓扑绝缘体光学泵浦-探测技术量子点纳米机械振子

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马约拉纳费米子在一维拓扑模型中的稳定性

马约拉纳费米子在一维拓扑模型中的稳定性

作者：张新宇北京化工大学

学位级别：硕士

孤立量子系统中的非平衡演化,可以利用量子淬火的方法驱动系统动力学量子相变,借助拓扑不变量分析各个拓扑模型经历量子相变后在量子临界点附近的相关行为。本文借助一维二聚化Kitaev模型,对处于链两端的Majorana零模在不同淬灭路径下... 详细信息

孤立量子系统中的非平衡演化,可以利用量子淬火的方法驱动系统动力学量子相变,借助拓扑不变量分析各个拓扑模型经历量子相变后在量子临界点附近的相关行为。本文借助一维二聚化Kitaev模型,对处于链两端的Majorana零模在不同淬灭路径下的生存概率进行了探讨。在此之前,我们先通过分析体系的哈密顿量给出了模型的拓扑相图,接着计算了周期性边界条件和开放边界条件下的能谱图,结果证明利用Majorana零模能够敏感的区分出不同的拓扑相域。再利用拓扑相图确定出哈密顿量的参数空间,在其中选取拓扑性质不同的初末态点,结果发现即使淬火路径没有经过相界,当末态哈密顿量参数取值极端接近相界时,Majorana零模的生存概率仍能到达零值,这表明此时边缘态已经与环境耦合而失去相干性了。而当末态哈密顿量参数取值正好落在相界上时,生存概率函数显示出了规律的震荡,并且震荡的幅度和周期与初末态在参数空间中的距离有关,间隔越小,函数震荡越规律,间隔变大,震荡也逐渐失去规律性直至周期加倍。在一个纯去相位模型中,我们研究了初始态能量方差在短时间内对洛施密特回波行为的影响。我们发现短时间洛施密特回波表现为高斯函数,宽度由相互作用哈密顿量的初始态能量方差决定,当初始状态是相互作用哈密顿量的本征态时,它是一个四次衰减函数,其宽度由相互作用哈密顿量和环境哈密顿量之间的交换子的初始态能量方差决定。此外,强耦合区洛施密特回波随时间演化的高斯包络由带内方差决定。我们还在XY自旋模型(及环境)中验证上述结论。

关键词：马约拉纳费米子洛施密特回波量子淬火演化退相干

马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质的研究

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四川师范大学学报（自然科学版） 2017年第4期40卷 503-510页

作者：毛祥吴绍全四川师范大学物理与电子工程学院四川成都610101

从理论上研究马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质.基于广义主方程方法,计算通过此系统的电流、微分电导和Fano因子.计算结果表明:马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合导致系统的零偏置反常,而2个马约拉纳费米子的耦合压制系统的... 详细信息

从理论上研究马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质.基于广义主方程方法,计算通过此系统的电流、微分电导和Fano因子.计算结果表明:马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合导致系统的零偏置反常,而2个马约拉纳费米子的耦合压制系统的零偏置反常.

关键词：马约拉纳费米子零偏置反常主方程方法微分电导 Fano因子

马约拉纳费米子链的输运——Andreev反射

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山西大学学报(自然科学版) 2015年第4期38卷 657-662页

作者：夏俊杰谢卫东李佳阳裴森李爱仙中国工程物理研究院研究生部惠州学院电子科学系中国科学技术大学近代物理系北京应用物理与计算数学研究所北京大学物理学院

采用非平衡格林函数理论,研究了马约拉纳费米子链的Andreev反射行为。数值结果表明,Andreev反射电导具有振荡带的特征,零电压电导率同链上马约拉纳费米子的宇称有严格的对应关系。我们给出了Andreev反射谱上共振点与反共振点同链上马约... 详细信息

采用非平衡格林函数理论,研究了马约拉纳费米子链的Andreev反射行为。数值结果表明,Andreev反射电导具有振荡带的特征,零电压电导率同链上马约拉纳费米子的宇称有严格的对应关系。我们给出了Andreev反射谱上共振点与反共振点同链上马约拉纳费米子数目的宇称之间的关系。

关键词：马约拉纳费米子 Andreev反射非平衡格林函数

马约拉纳费米子—量子点杂化系统输运性质的研究

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马约拉纳费米子—量子点杂化系统输运性质的研究

作者：毛祥四川师范大学

学位级别：硕士

近年来,由于拓扑超导体的边缘态具有独特的马约拉纳束缚态,而使之成为一种新型的量子体系,使得拓扑超导体与传统超导体有很大区别,因为马约拉纳费米子拥有独特的性质,在诸多方面具有潜在的应用价值,使研究马约拉纳费米子的拓扑超导体成... 详细信息

近年来,由于拓扑超导体的边缘态具有独特的马约拉纳束缚态,而使之成为一种新型的量子体系,使得拓扑超导体与传统超导体有很大区别,因为马约拉纳费米子拥有独特的性质,在诸多方面具有潜在的应用价值,使研究马约拉纳费米子的拓扑超导体成为物理学尤其是凝聚态物理最受关注的前沿课题之一。由于无论在实验室研究还是在理论研究方面,量子点都是很好地探测马约拉纳费米子的量子体系,因此研究马约拉纳费米子对单量子点输运性质的影响就显得非常有意义。我们在本文中从理论上研究了马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质。基于广义主方程方法,我们计算了通过此系统的电流、微分电导和Fano因子,同时,为了比较,我们同样研究了费米子-杂化系统的输运性质。计算结果表明:1.在马约拉纳费米子-量子点杂化系统中,马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合T消除了系统的四重简并,使系统变成了四个双重简并。在T的增加过程中,整个系统保持偶宇称量子态与奇宇称量子态一对一的双重简并,即T的出现消除了系统的四重简并,但保持了系统的双重简并,导致零偏置反常现象的出现。2.在马约拉纳费米子-量子点杂化系统中,库仑相互作用增加了量子态e4和o4的能量,因而增加了电流台阶,但库仑相互作用不会影响系统量子态的简并度,也不压制零偏置反常现象,而T对能级有显著的影响,所以随着T的增加,其电流线型呈现出四个台阶。

关键词：马约拉纳费米子零偏压异常主方程方法微分电导

基于耦合量子点-纳米机械振子系统的马约拉纳费米子探测

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中国科学：物理学、力学、天文学 2016年第8期46卷 77-85页

作者：陈华俊方贤文陈昌兆李洋安徽理工大学理学院淮南232001

理论提出一种光学探测马约拉纳费米子的方法,该方法完全不同于当前基于隧穿谱电学测量马约拉纳费米子的方案.该光学探测方案包含由两束光场驱动的量子点-纳米机械振子复合系统.当量子点与马约拉纳费米子耦合时,相干光学谱中的信号表明... 详细信息

理论提出一种光学探测马约拉纳费米子的方法,该方法完全不同于当前基于隧穿谱电学测量马约拉纳费米子的方案.该光学探测方案包含由两束光场驱动的量子点-纳米机械振子复合系统.当量子点与马约拉纳费米子耦合时,相干光学谱中的信号表明铁磁原子链中明确的马约拉纳费米子迹象.引入测量量子点-马约拉纳费米子耦合强度的方法,为该耦合强度的测定提出一种直观的全光学测量方法.进一步研究了量子点-纳米机械振子系统中纳米机械振子在探测马约拉纳费米子过程中所起的作用,纳米机械振子表现出声子腔的行为显著地增强了激子共振谱,提高了对马约拉纳费米子探测的灵敏度.该光学方法为马约拉纳费米子的探测方案提供了一种潜在的补充,也为实现基于铁磁链中马约拉纳费米子的量子信息处理提供理论基础.

关键词：马约拉纳费米子量子点纳米机械振子光学探测

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热电效应在马约拉纳费米子探测领域的应用

渤海大学学报（自然科学版） 2022年第4期43卷 348-354页

作者：赵辛辽宁工业大学土木建筑工程学院辽宁锦州121001

马约拉纳费米子服从非阿贝尔统计,是制备量子比特的理想候选者之一,具有巨大的潜在应用价值,因此在凝聚态物理领域引发了大量的研究.热电效应已被证明是对其进行探测的有效手段之一.首先介绍马约拉纳费米子的制备方案,然后总结探测马约... 详细信息

马约拉纳费米子服从非阿贝尔统计,是制备量子比特的理想候选者之一,具有巨大的潜在应用价值,因此在凝聚态物理领域引发了大量的研究.热电效应已被证明是对其进行探测的有效手段之一.首先介绍马约拉纳费米子的制备方案,然后总结探测马约拉纳费米子的代表性手段,最后综合阐述近些年热电效应在马约拉纳费米子研究中取得的重大突破.

关键词：热电效应马约拉纳费米子量子点

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拓扑超导体和马约拉纳费米子

山东大学学报（理学版） 2016年第9期51卷 1-10页

作者：王健刘超飞北京大学物理学院量子材料科学中心北京100871 量子物质科学协同创新中心北京100871

不同于传统超导体,拓扑超导体是边缘态具有马约拉纳束缚态的新型量子体系,因其可承载"神秘"的马约拉纳费米子成为科学界尤其是凝聚态物理学界最受关注的前沿焦点之一。简要介绍了拓扑超导体和马约拉纳费米子的基本概念,总结和回顾了实... 详细信息

不同于传统超导体,拓扑超导体是边缘态具有马约拉纳束缚态的新型量子体系,因其可承载"神秘"的马约拉纳费米子成为科学界尤其是凝聚态物理学界最受关注的前沿焦点之一。简要介绍了拓扑超导体和马约拉纳费米子的基本概念,总结和回顾了实现拓扑超导相和马约拉纳费米子的理论方案及近期观测马约拉纳费米子的代表性实验进展。

关键词：拓扑超导体马约拉纳费米子零压电导峰异质结构近邻效应

拓扑超导体中涡旋的钉扎效应及马约拉纳费米子的编织

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拓扑超导体中涡旋的钉扎效应及马约拉纳费米子的编织

作者：武海丹南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,拓扑超导引起了人们广泛的关注。这是因为拓扑超导体的体内有超导能隙,边界处有拓扑保护的边缘态,这种边缘态与马约拉纳费米子有十分密切的关系。马约拉纳费米子的反粒子就是该粒子本身。另外,马约拉纳费米子还是非阿贝尔任意子... 详细信息

近年来,拓扑超导引起了人们广泛的关注。这是因为拓扑超导体的体内有超导能隙,边界处有拓扑保护的边缘态,这种边缘态与马约拉纳费米子有十分密切的关系。马约拉纳费米子的反粒子就是该粒子本身。另外,马约拉纳费米子还是非阿贝尔任意子,满足非阿贝尔统计,这在实现拓扑量子计算方面有潜在的应用。本文通过建立合理的理论模型,求解Bogoliubov-de Gennes方程,数值地计算了拓扑超导中涡旋的钉扎效应,并且通过杂质的拖拽实现了马约拉纳费米子的编织。首先,我们给出了合理的哈密顿量,并简单地说明了该模型的合理性。接下来,我们我们选取2448?的晶格,分别数值地计算了拓扑平凡态和拓扑非平凡态的涡旋钉扎情况,并通过计算能带说明了临界磁场的取值。计算结果表明在拓扑超导中存在两个涡旋,分别在(12,12)和(36,12)的位置。引入杂质后,涡旋将被杂质拖拽到杂质所在的位置。但是,杂质对涡旋的钉扎效应存在一个临界距离Rc。设以无杂质时涡旋中心的位置为原点,当杂质到原点的距离超过相应的临界距离,涡旋将回到原来无杂质时的位置。我们知道拓扑超导中涡旋很可能联系着马约拉纳束缚态。通过数值地计算本征值和本征矢,我们可以直观地看到两个零能本征值的存在,这更加表明涡旋与马约拉纳束缚态的密切联系。通过计算钉扎后的态密度,我们可以观察到明显的零能峰;零能峰的出现表明杂质对涡旋的钉扎并不会破坏马约拉纳束缚态。综上所述,拓扑超导中杂质对涡旋有钉扎效应,并且钉扎并不会破坏马约拉纳束缚态。因此,我们可以试图利用这种钉扎效应实现对马约拉纳束缚态的编织。然而,当两个涡旋距离较近时,涡旋之间会产生排斥作用,这会在一定程度上减小钉扎的临界距离;另外,钉扎临界距离的存在使我们无法实现两个涡旋在水平方向上的直接交换,这不利于马约拉纳束缚态的交换和编织。因此,我们将晶格扩大到4848?的晶格,发现零能本征值和马约拉纳束缚态仍然存在,也就是说4848?的晶格和2448?的晶格并没有本质的区别。在4848?的晶格中,我们通过缓慢地拖拽涡旋,实现了两个涡旋的交换。另外,通过数值地计算和理论地分析,我们说明了拓扑超导中的涡旋确实联系着马约拉纳束缚态。通过缓慢的钉扎,我们成功地实现马约拉纳束缚态的交换,这对马约拉纳束缚态的编织和拓扑量子计算机的实现都有重要的意义。

关键词：拓扑超导马约拉纳费米子杂质效应涡旋的钉扎非阿贝尔统计