Библиографическое описание:Топологическая сверхпроводимость и майорановские состояния в низкоразмерных системах : научное издание / В. В. Вальков, М. С. Шустин, С. В. Аксенов [и др.]. - Текст : непосредственный // Успехи физических наук. - 2022. - Т. 192, № 1. - С. 3-44. - Обзор подготовлен в рамках гранта РФФИ 19-12-50087 (“Экспансия”), а также грантов РФФИ 19-02-00348, 20-32-70059, 20-02-00015, гранта Президента РФ МК-1641.2020.2, поддержан фондом “‘Базис” и программой фундаментальных исследований НИУ “Высшая школа экономики”’. - ISSN 0042-1294. - ISSN 1996-6652, DOI 10.3367/UFNr.2021.03.038950.
Аннотация:Обсуждаются свойства сверхпроводящих фаз с нетривиальной топологией и условия их реализации в конденсированных средах, критерии появления в твёрдых телах элементарных возбуждений майорановского типа, а также принципы и основанные на них экспериментальные методы идентификации майорановских связанных состояний (МСС). Наряду с хорошо известными моделями цепочки Китаева и сверхпроводящей нанопроволоки (СП) со спин-орбитальным взаимодействием во внешнем магнитном поле рассмотрены модели квазидвумерных материалов, в которых МСС реализуются при наличии неколлинеарного спинового упорядочения. Для СП конечной длины продемонстрирован каскад квантовых переходов при изменении магнитного поля, сопровождающийся сменой фермионной чётности основного состояния. Возникающее при этом аномальное поведение магнетокалорического эффекта может использоваться как средство идентификации МСС. Значительное внимание уделено анализу транспортных характеристик устройств, включающих в себя материалы с нетривиальной топологией. Подробно представлены результаты изучения проводимости кольца Ааронова-Бома, рукава которого соединены СП. Важная особенность данного устройства заключается в появлении резонансов Фано в зависимости кондактанса от магнитного поля, когда СП находится в топологически нетривиальной фазе. Установлена связь между характеристиками таких резонансов и пространственной структурой состояния СП, обладающего наименьшей энергией. В рамках $t-J-V$-модели на треугольной решётке определены условия возникновения МСС в фазе сосуществования киральной d+id сверхпроводимости и 120-градусного спинового упорядочения. При учёте электрон-электронных взаимодействий рассмотрены топологические инварианты низкоразмерных сверхпроводящих материалов с неколлинеарным спиновым упорядочением. Продемонстрировано формирование майорановских мод в областях с нечётным значением топологического $\mathbb{Z}$-инварианта. Определена пространственная структура этих возбуждений в ансамбле фермионов Хаббарда.
We discuss the properties of topologically non„trivial superconducting phases and the conditions for their realization in condensed matter, the criteria for the appearance of elementary Majorana-type excitations in solids, and the corresponding principles and experimental methods for identifying Majorana bound states (MBSs). Along with the well-known Kitaev chain and superconducting nanowire (SW) models with spin-orbit coupling in an external magnetic field, we discuss models of quasi-two-dimensional materials in which MBSs are realized in the presence of noncollinear spin ordering. For finite-length SWs, we demonstrate a cascade of quantum transitions occurring with a change in the magnetic field, accompanied by a change in the fermion parity of the ground state. The corresponding anomalous behavior of the magnetocaloric effect can be used as a tool for identifying MBSs. We devote considerable attention to the analysis of the transport characteristics of devices that contain topologically nontrivial materials. The results of studying the conductance of an Aharonov-Bohm ring whose arms are connected by an SW are discussed in detail. An important feature of this device is the appearance of Fano resonances in the dependence of conductance on the magnetic field when the SW is in a topologically nontrivial phase. We establish a relation between the characteristics of such resonances and the spatial structure of the lowest-energy SW state. The conditions for the occurrence of an MBS in the phase of the coexistence of chiral d+id superconductivity and 120-degree spin ordering are determined in the framework of the $t-J-V$ model on a triangular lattice. We take electron-electron interactions into account in discussing the topological invariants of low-dimensional superconducting materials with noncollinear spin ordering. The formation of Majorana modes in regions with an odd value of a topological $\mathbb{Z}$ invariant is demonstrated. The spatial structure of these excitations in the Hubbard fermion ensemble is determined.
Издательство:Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Редакция журнала "Успехи физических наук, Москва
Источник:Успехи физических наук
Выпуск:Т. 192, № 1
Номера страниц:3-44
Держатель оригинала документа:Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН, Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН, Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"
Количество экземпляров:
Твёрдая копия издания отсутствует в фонде библиотеки
