磁畴与超导近邻互作用下马约拉纳边界态的电输运性质研究

论文摘要

近20年来,对量子计算系统物理实现的研究越来越受到人们的广泛关注。近期逐渐兴起的拓扑量子材料相关技术理论发展快速,极大推动了量子计算物理实现领域的进步。Majorana束缚态(MBSs)是一类拥有奇异性质的新型准粒子激发态,两个MBS之间的交换遵循非阿贝尔交换统计,这一特性令其在拓扑量子计算领域展现出潜在的应用前景,也因此吸引着人们不断地在固体物理系统中探寻着它的踪迹。目前在一维纳米线/超导系统、超导/铁磁原子链系统、二维超导/量子反常霍尔绝缘体系统以及超导/拓扑绝缘体系统中人们均观测到了MBSs存在的相关证据。尽管在上述低维凝聚态体系中尚未有实验方法能够严格地证明MBSs的存在,但当前对MBSs特性的探索仍具有理论价值和实际意义。当下最为引入注目的一类MBSs器件是一维半导体纳米线/超导异质结体系,在制备与探测MBSs方面的优势使其在众多Majorana实验平台中脱颖而出。受最近一系列在Majorana半导体纳米线平台上输运测量实验的启发,本文考虑了利用受调制的外部磁场在类似的一维系统中形成磁畴的方案,并对在实现MBSs移动操纵的过程中系统的波函数及输运性质进行了研究。我们采用了一维紧束缚模型来离散化整个系统的哈密顿量,并利用非平衡格林函数法来对其电输运特性进行数值计算。进一步地,我们研究了该紧束缚模型中由非均匀性引起的涨落对其他系统参数的随机调制,并将近邻效应引起的超导配对势能、纳米线化学势以及格点间近邻跃迁强度的涨落统一作为系统无序效应来进行处理,以刻画在实际实验中可能出现的样品杂质与系统无序对输运测量的影响。我们的结果表明,改变磁畴相关的特征量如畴壁中心位置或畴壁宽度在一定条件下均可实现对MBSs的等效移动操作,而系统的电输运性质则为该过程中MBSs之间的杂化提供了一个直观的描述。对于由超导配对势、化学势和跃迁强度的随机涨落引起的系统无序,若考虑其平均效应,则在适当的参数取值下可以降低和展宽MBSs的零偏压电导峰、抑制电导峰的劈裂以及形成新的零偏压电导峰结构。我们关于系统输运性质的数值结果可以对近期实验中出现的电导峰劈裂间距衰减现象提供部分解释,并对由无序效应导致的零偏压电导峰和Majorana零能模引起的零偏压电导峰进行有效的区分。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 Majorana费米子理论模型的提出与发展
•   1.3 低维Majorana系统的实验进展
•   1.4 本文主要内容
•   1.5 本文结构
• 第二章 一维Majorana系统的基本理论
•   2.1 一维Kitaev链
•   2.2 一维Majorana半导体纳米线
•     2.2.1 一维Majorana半导体纳米线的Bogoliubov-de Gennes描述
•     2.2.2 一维Majorana半导体纳米线的紧束缚模型
•   2.3 基于非平衡格林函数法的Majorana纳米线双端口输运模型
•   2.4 本章小结
• 第三章 Majorana纳米线系统中磁畴对MBSs的影响及其数值研究
•   3.1 Majorana纳米线中磁畴的引入
•   3.2 磁畴对MBSs波函数杂化与输运特性的影响及其数值结果
•   3.3 本章小结
• 第四章 Majorana纳米线系统中无序效应的数值研究
•   4.1 Majorana纳米线中无序效应的引入
•   4.2 无序效应对MBSs能量与输运特性的影响及其数值结果
•     4.2.1 能量振荡与相干长度
•     4.2.2 零偏压电导峰
•     4.2.3 散射噪声
•   4.3 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 任俊潼

导师: 吕海峰

关键词: 束缚态,紧束缚模型,非平衡格林函数法,磁畴壁,无序效应

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 电子科技大学

分类号: O413;O511.3

总页数: 62

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