本論文は、平面超伝導体-三次元トポロジカル絶縁体-超伝導体(S-TI-S)接合において、ジョセフソン渦に束縛されたマヨラナゼロモード(MZM)の検出方法について考察している。
マヨラナゼロモードは、それ自身が反粒子でもあるという特異な性質を持つ準粒子であり、トポロジカル量子コンピュータの構成要素として期待されている。先行研究において、S-TI-S接合に垂直磁場を加えることで、ジョセフソン渦に局在化したMZMが生成することが予測されている。
先行研究では、フラウンホーファーパターンのノードリフティングが、接合におけるMZMの存在を示す証拠として提案されている。しかし、この解釈は、MZMが局所的な超伝導電流密度に及ぼす影響に関する現象論的モデルに基づいており、その妥当性は明らかではない。
本論文では、まず、半古典的解析と数値計算を用いて、ジョセフソン渦に束縛された低エネルギー状態(MZMを含む)によって運ばれる空間分解超伝導電流密度を計算した。その結果、孤立した渦MZMは局所的な超伝導電流に有意な寄与をせず、フラウンホーファーパターンのノードリフティングは、MZMの存在を示す決定的な証拠とはならないことが示された。
本論文では、超伝導電流測定を補完し、接合にMZMが存在することをより確実に検証するための2つの方法を提案している。
本論文は、平面S-TI-S接合におけるジョセフソン渦に束縛されたMZMの検出には、フラウンホーファーパターンだけでは不十分であり、STMやマイクロ波分光法などの手法による更なる検証が必要であることを示唆している。
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