33、量子环与超导耦合：马约拉纳费米子的可能特征

量子环与超导耦合：马约拉纳费米子的可能特征

在量子物理领域，量子环（QR）与超导材料的耦合研究正逐渐成为热点，尤其是对于马约拉纳费米子（MFs）的探索。本文将深入探讨量子环与超导耦合系统中马约拉纳费米子的可能特征，以及相关的理论模型和数值计算结果。

1. 背景知识

• 量子环的研究现状 ：之前对石墨烯量子环的研究发现，当磁通量变化时，持续电流会出现振荡，吸收光谱也会有台阶和强度变化。2008 年首次实现了石墨烯环的实验，其电子输运在磁导中显示出清晰的 AB 振荡。
• 马约拉纳费米子的定义 ：在粒子物理中，马约拉纳费米子被定义为自身即为反粒子的粒子。在凝聚态系统中，它们更可能以零能量准粒子激发的形式存在，且这种激发是其自身的空穴。马约拉纳费米子因其特殊的非阿贝尔交换统计而备受关注，一个费米子态可以看作是两个马约拉纳费米子的叠加。

2. 半导体 - 超导体混合结构中的马约拉纳费米子

• 理论基础 ：当半导体与超导体形成良好的界面时，电子可以在两者之间隧穿，使得半导体中的电子感受到有效的近邻诱导超导配对场。Kitaev 首次提出了一个简单模型，表明在一维紧束缚原子链的 p 波超导配对中，马约拉纳费米子可以在链的两端被观测到。
• 实现方法 ：一种实现马约拉纳费米子的方法是在具有大 Rashba 自旋轨道耦合的一维半导体线中观察拓扑超导相。通过调整系统的化学势到磁场产生的能隙区域，系统可以有效地变成无自旋的，并有望在导线边缘支持马约拉纳费米