拓撲超導量子線與量子環(huán)的調控機理研究.pdf

1、近年來，與電子自旋-軌道耦合作用、超導電性、塞曼場等性質緊密相連的馬約拉納束縛態(tài)成為了半導體低維結構的研究熱點。
　　理論預言的馬約拉納束縛態(tài)滿足非阿貝爾統(tǒng)計規(guī)律，這使得它在拓撲量子計算中有極大的優(yōu)勢。存在誘發(fā)超導性的半導體納米線在自旋-軌道耦合作用和外加塞曼場的共同作用下會出現(xiàn)馬約拉納束縛態(tài)。隨后，很多課題組陸續(xù)報道了在半導體納米線結中觀察到微分電導的零偏壓峰，以此來證明馬約拉納束縛態(tài)的存在。但是這一說法存在很多爭議。本文希望通

2、過模擬不同的量子線和量子環(huán)納米結構的波函數(shù)，比較這些結構中波函數(shù)的不同來探討馬約拉納束縛態(tài)的調控。當馬約拉納束縛態(tài)與一個普通的半導體納米線相連，則馬約拉納束縛態(tài)會泄露至普通半導體納米線中。用一個半導體量子環(huán)來替代原有的普通半導體納米線，利用Aharonov-Casher效應，通過調節(jié)量子環(huán)中的Rashba自旋-軌道耦合作用的大小和外加塞曼場的大小來進行波函數(shù)的調制，使得馬約拉納束縛態(tài)能夠重新出現(xiàn)。
　　在研究了波函數(shù)之后，還研究了

3、一維結中的直流約瑟夫森效應。該結構為一個環(huán)狀的導體，在環(huán)的兩側分別連接著一根半導體納米線，在納米線中存在鄰近誘發(fā)超導電性。約瑟夫森效應會受到自旋-軌道耦合作用和外加塞曼場的影響。在外加塞曼場的影響下，半導體納米線會在拓撲平庸態(tài)和拓撲非平庸態(tài)之間轉換。通過調制塞曼場的方向，整個約瑟夫森納米結可以從0型結變到π型結。更重要的是，在超導相位差為零時，有可能出現(xiàn)非零約瑟夫森電流。雖然，這個反常約瑟夫森電流的出現(xiàn)與拓撲相的轉變無關。但是，它的大小