论文部分内容阅读
拓扑绝缘体是近些年来凝聚态物理领域中备受关注的新材料，它具有很强的自旋轨道耦合，形成无能隙、无耗散的拓扑表面态，由此可以引发一系列新奇的物理现象。理论预言，在基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结器件中，可以寻找到“Majorana费米子”或“Majorana束缚态”。一方面，寻找到新的准粒子可以完善当前物理学体系，促进人类了解世界;另一方面，利用“Majorana”可以实现拓扑量子计算，为未来信息技术发展提供新平台。 首先，我们通过Bi2Te3表面颗粒化的SQUID器件进行相位敏感实验，测量了由邻近效应诱导产生的超导相的对称性。SQUID器件的干涉振荡结果，表现出两套振荡，其中一套振荡为零电阻、正常的振荡，另一套为非零电阻、峰值有错位、零场非极大的反常振荡。其中反常的振荡来源于拓扑表面态超导，其反常的错位是由于表面态Cooper对儿获得的Berry相位。该结果证实了拓扑表面态超导的Berry相位，体现出其类px+ipy波的超导特性。 其次，我们在Bi2Te3表面的rf-SQUID器件中，通过接触电阻测量的方法，测量了器件中约瑟夫森结区的局域邻近效应超导能隙的行为。结果显示出局域态密度受结区相位调控进而发生振荡，且振荡为完全锐利的半月形，反映出可能存在的4π周期能量的准粒子中毒引起的π相位跳变。通过我们自己提出的模型拟合，得到了完全符合试验现象的结果，证实了拓扑表面态超导在相位差为π的区域能隙闭合，且环流有1/2模式的约瑟夫森效应。 最后，我们在Bi2Te3表面的线性约瑟夫森结器件中，通过接触电阻测量的方法，测量了器件中约瑟夫森结区的局域邻近效应超导能隙的行为。结果显示，局域能隙受结区相位差调控，且发生完全锐利的跳变。进一步证实了相位差为π处的能隙完全闭合，可能承载Majorana束缚态;且随着磁通的变化，可能存在的Majorana束缚态会发生移动。 以上三个实验，分别从超导对称性和超导能隙的角度，证实了邻近效应诱导的拓扑普绝缘体表面态超导，可能是px+ipy波的超导且能隙在π相位差处完全闭合。这为证实和寻找Majorana束缚态提供了强有力的实验证据。