耦合Majorana束缚态量子点系统的Andreev反射

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近年来,由于Majorana费米子在基础理论和量子计算中的重要地位,在凝聚态材料中寻找Majorana束缚态(MBSs)已经成为研究热点.大量实验和理论研究指出借助量子点结构探测MBSs是一个很好的方法.  量子点体系独特的输运性质及量子隧穿效应、量子干涉效应、Fano效应等现象为研究MBSs提供了良好平台.耦合量子点体系与单量子点相比,具有更多可调结构参数,因而具有重要的理论和实用价值.当量子点两端连接在正常金属电极和超导电极之间时,会产生Andreev反射.尤其能量处于超导子带隙之内时,电流几乎全部来源于Andreev反射,借此可以直接探测子带隙内的状态.本论文,主要研究MBSs耦合量子点体系,当它们连接正常金属和超导电极两端时该体系的输运性质,重点揭示MBSs对其Andreev反射的影响.  我们首先研究正常金属电极和超导电极之间耦合MBSs单量子点的Andreev反射.研究发现,量子点与电极之间耦合强度合适时,MBSs对Andreev反射电导有增强的作用.适当调节量子点与MBS之间的耦合强度以及两个MBSs之间的耦合强度可以观察到Fano型Andreev反射电导曲线.当只有量子点与一个MBS耦合而忽略两个MBSs之间的耦合时,零费米能处的Andreev反射电导总为1/2G0(G0=2e2/h),体现明显的Majorana费米子特征.除此之外,我们还总结了产生共振Andreev反射的条件.  我们对T型双量子点耦合MBSs的模型也进行了研究,并且将正常金属电极与超导电极连接在量子点两端,研究了能量处于超导带隙中的Andreev反射电导.结果发现,当只有一个量子点(量子点1)连接在电极两端时,零费米能附近出现共振峰,当量子点2与量子点1耦合时,由于量子相干效应,在能量等于量子点2能级处出现了Fano振荡.如果将MBS与量子点2耦合,Andreev反射电导曲线出现了新的特征.首先,在零费米能附近出现了一对新的Fano型振荡峰,并且引起原来Fano振荡峰的位置向两侧移动.其次,如果忽略两个MBSs之间的相互作用,零费米能点的Andreev反射电导为定值1/2G0,与量子点能级、双量子点之间耦合强度以及量子点与MBS之间的耦合强度无关.这个结果与T型双量子点耦合一个普通费米子不同.我们希望这些研究结果有助于理解与MBSs相关的Andreev反射现象,并且期待能对MBSs在量子计算中的应用起到一定的参考价值.
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