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北京凝聚态物理国家研究中心
T06组供稿
第23期
2021年03月24日
近邻超导中具有耗散的Floquet Majorana模

  Majorana模由于其独特的统计性质成为当前凝聚态物理研究的一大热点。在传统凝聚态体系中,Majorana模是一个零能模,这是因为在超导体中,只有零能时,体系具有粒子-空穴的对称性。实现非零能Majorana模的一种方式是考虑对体系实现周期驱动,在这种情况下,我们不仅仅可以通过驱动调控出Floquet Majorana零模(FMZM),也可以调控出能量不为零的Floquet Majorana pi模(FMPM),这种模的能量可以是半个驱动频率Ω(见图1)。究其原因,这是因为在能量为Ω/2处,可以出现拓扑非平凡的能带反转。


图1: 产生Floquet Majorana的系统示意图(a)、动量空间能带(b)以及 实空间FMZM/FMPM 模(c)

  但是,到目前为止,对Floquet Majorana的研究,只是停留在Floquet拓扑能带理论框架下的理想拓扑超导态中。对于实际系统,由于Floquet系统存在耗散以及有着不同能量的多种Floquet Majorana模,理论上没有很好的模型和方法去处理这样的系统。

  最近,888贵宾会娱乐/北京凝聚态物理国家研究中心凝聚态理论与材料计算重点实验室T06课题组胡江平研究员指导的博士生杨哲森(现卡弗里理论科学研究所博士后),与清华大学的刘东教授、杨清鸿博士合作,借助于Keldysh格林函数方法,详细讨论了具有耗散的Floquet近邻拓扑超导的问题。通过理论计算发现,能量不为零的FMPM不稳定,外界超导的耗散可以将FMPM破坏掉。如下图2所示,在理想超导极限下,系统同时存在FMZM和FMPM;当外界超导的能隙慢慢变小时,我们可以看到FMPM的共振峰慢慢消失,这意味FMPM被耗散破坏掉。为了刻画这一结果以及计算Floquet Majorana的准粒子寿命,研究组进一步提出了一个Floquet Majorana中毒模型,为研究具有耗散的Floquet拓扑系统提供了理论基础。

  相关研究成果发表于Phys. Rev. Lett. 126 086801 (2021)。


图2: Floquet Majorana 随超导能系大小的演化: (a)能带;(b)态密度分布。

  该工作得到了科技部重点研发计划(2016YFA0302400, 2017YFA0303100)、国家自然科学基金委员会(11674370, 11888101)和中国科学院(XXH13506-202, XDB33000000, XDB28000000)的资助。

论文链接
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.086801