在磁場下的準晶體中無能隙超導性及其實空間拓撲

核心概念

準晶體中的無能隙超導性源於破碎的平移對稱性和獨特的局域態，並可能與非平凡的拓撲性共存。

摘要

本研究探討了在安曼-賓克準晶體中的超導性。通過自洽地求解平均場方程，發現在半填充附近存在無能隙超導性。這種無能隙超導性源於準晶體特有的破碎平移對稱性和高度簇聚的局域態。當存在拉希巴自旋軌道耦合時，無能隙超導相可以表現出非平凡的拓撲性，並可以被一個稱為偽譜不變量的實空間拓撲不變量所描述。這種無能隙拓撲超導相表現出接近零能量的邊緣態。這些發現表明，準晶體可以成為實現具有非平凡拓撲性的無能隙超導的獨特平台。

統計資料

在沒有拉希巴自旋軌道耦合的情況下，無能隙超導相出現在磁場強度約為-0.17t附近。
在存在拉希巴自旋軌道耦合的情況下，無能隙超導相出現在磁場強度約為-0.265t附近。

引述

"準晶體中的無能隙超導性源於破碎的平移對稱性和獨特的局域態。"
"當存在拉希巴自旋軌道耦合時，無能隙超導相可以表現出非平凡的拓撲性。"
"這種無能隙拓撲超導相表現出接近零能量的邊緣態。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Gapless superconductivity and its real-space topology in quasicrystals

by Kazuma Saito... 於 arxiv.org 10-03-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.01236.pdf

深入探究

準晶體中的無能隙超導性是否可以在其他類型的準晶體中實現?

無能隙超導性在準晶體中的實現不僅限於Ammann-Beenker準晶體，還可能在其他類型的準晶體中出現。研究顯示，許多準晶體結構，如Penrose和Socolar dodecagonal準晶體，均具有高度退化的局部狀態，這些狀態在接近零能量時會形成平坦的能帶。這些特性使得這些準晶體在接近半填充時，能夠支持無能隙超導性。因此，其他準晶體中存在的局部狀態和破壞平移對稱性可能也會導致無能隙超導性，這使得準晶體成為探索新型超導現象的獨特平台。

如何利用拓撲性質來增強準晶體中無能隙超導的性能?

在準晶體中，拓撲性質可以通過引入Rashba自旋-軌道耦合來增強無能隙超導的性能。當Rashba自旋-軌道耦合存在時，準晶體中的無能隙超導相可以呈現出非平凡的拓撲性質，這可以通過計算伪譜不變量來識別。這種拓撲不變量的非零值表明系統中存在拓撲保護的邊緣態，這些邊緣態在能量上接近零，並且對於外部擾動具有穩定性。這樣的邊緣態不僅能夠提高超導體的穩定性，還能增強其在量子計算中的應用潛力，因為這些邊緣態可以用作量子比特的實現。

準晶體中的無能隙超導性是否可以應用於量子計算或其他量子技術?

準晶體中的無能隙超導性具有潛在的應用於量子計算和其他量子技術的可能性。由於無能隙超導相中存在的拓撲邊緣態，這些邊緣態可以被視為穩定的量子比特，因為它們對於局部擾動和雜訊具有較高的抵抗力。此外，這些邊緣態的存在使得準晶體成為實現馬約拉納零模的理想候選者，這些零模在量子計算中被認為是實現容錯量子計算的關鍵。總之，準晶體中的無能隙超導性不僅提供了新的物理現象的探索機會，還可能成為未來量子技術的重要組成部分。