Multiple topological transitions driven by the interplay of normal scattering and Andreev scattering

Abstract

The effect of multiple topological transitions for electron-hole excitations is discovered in full shell proximitized semiconducting nanowires with trapped superconducting vortices, recently shown to be a promising platform for the realization of Majorana states at moderate longitudinal magnetic fields. The mechanism of such multiple transitions is uncovered and explained to be governed by the interplay of normal and Andreev reflections from the shell and by the textured spin-orbit coupling inside the semiconductor. The extensive analysis of emerging propagating and Majoranatype evanescent quasiparticle modes in such Andreev waveguides is performed. Experimentally, these modes reveal themselves in peculiarities of charge and spin-polarized heat transport.

Влияние Аккумуляционного Слоя На Спектральные Свойства Полностью Покрытых Майорановских Нанопроводов

“…В данном разделе для простоты мы будем рассматривать одноквантовый вихрь n = 1. По аналогии с вихрем в s-волновом сверхпроводнике [28,29] в случае доминирующего андреевского рассеяния на границе ПП/СП для плоского профиля потенциала в коре образуются связанные состояния Кароли-де Жена-Матрикона (КдЖМ) [22], и связанным состояниям с низшей энергией соответствуют наименьшие z -проекции углового момента µ = ±1/2. Данная простая картина, конечно, меняется при учете нормального отражения от границы ПП/СП и от внеш-ней границы сверхпроводящей оболочки.…”

“…Данная простая картина, конечно, меняется при учете нормального отражения от границы ПП/СП и от внеш-ней границы сверхпроводящей оболочки. В согласии с предыдущими теоретическими работами, посвященными изучению спектральных свойств вихрей в мезоскопических сверхпроводниках [30][31][32], наличие нормального отражения в полностью покрытых нанопроводах также приводит к осцилляциям подщелевых уровней и к появлению мод волноводного типа за счет интерференционных эффектов [22].…”

“…С другой стороны, основным недостатком текущего поколения майорановских нанопроводов на основе систем InAs/Al является большое значение приложенного магнитного поля для перехода в топологическую фазу (H ∼ 1 T), которое, вообще говоря, сравнимо с критическим магнитным полем разрушения сверхпроводимости в оболочке [11][12][13][14]. Недавние работы [20][21][22] посвящены снятию данного ограничения. В частности, в работе [20] было предложено, что в полупроводниковых нанопроводах, полностью покрытых сверхпроводящей оболочкой, Принимая во внимание все вышесказанное, можно отметить, что исследование влияния аккумуляционного слоя на спектральные свойства полностью покрытых нанопроводов представляет интерес как в контексте их возможного использования для реализации майорановских мод, так и для объяснения недавних экспериментов [21].…”

“…Целью данной работы является исследование влияния аккумуляционного слоя на величину объемной щели в спектре полностью покрытых нанопроводов в зависимости от параметров слоя (длины слоя и отношения Ферми скоростей в оболочке и в коре) и приложенного магнитного потока без учета спиновых эффектов. Основным отличием данной работы от работы [22] является более детальный анализ влияния аккумуляционного слоя на спектры квазичастиц в рамках прямоугольного профиля потенциала для описания аккумуляционного слоя (в работе [22] был использован квадратичный профиль потенциала). В данной работе в рамках уравнений Боголюбова-де Жена для гибридной структуры показано, что уменьшение длины слоя (или увеличение отношения Ферми скоростей в оболочке и в коре) ведет к увеличению объемной щели в спектре нанопровода из-за уменьшения числа поперечных мод в коре.…”

“…В данной работе в рамках уравнений Боголюбова-де Жена для гибридной структуры показано, что уменьшение длины слоя (или увеличение отношения Ферми скоростей в оболочке и в коре) ведет к увеличению объемной щели в спектре нанопровода из-за уменьшения числа поперечных мод в коре. Таким образом, одно из влияний аккумуляционного слоя на спектр квазичастиц проявляется в уменьшении числа мод волноводного типа при уменьшении (k c F ) 2 S. Отсутствие волноводных мод в случае сильной аккумуляции квазичастиц вблизи границы ПП/СП без учета спиновых эффектов означает отсутствие топологических переходов в системе в случае слабого спин-орбитального взаимодействия [22]. Другое проявление аккумуляционного слоя состоит в возвратном поведении объемной щели в спектре нанопровода от приложенного магнитного потока из-за перестройки спектра квазичастиц и усиления роли орбитальных эффектов по сравнению со случаем плоского профиля дна зоны проводимости в коре.…”