可能会导致显着的新的物理相结合的对称性破缺效应，如发生在磁铁和超导体具有拓扑为了。最近的理论研究表明，在某些超导体，充满异国情调的准粒子激发出现，其行为如的马约拉纳费米子的，这是他们自己的反粒子的电中性的准粒子。在“物理评论快报”上，吉米·威廉斯在加利福尼亚州的斯坦福大学，和他的同事[ 1 ]结合了超导约瑟夫森效应，这是一个深刻的对称性破缺的结果，与混合动力超导体的拓扑绝缘体结构的拓扑顺序。作者调查的结构，表现出非常规的行为，可能与马约拉纳国家的出现。
以一种约瑟夫逊结，由分隔的两个超导体由一个薄的非超导势垒，对称破缺的查询结果中的超导电流，即，dissipationless的电流，这取决于上的相位差（
第一个例子的拓扑顺序，量子霍尔效应，发现在二维电子系统，从理论上理解在20世纪80年代初。在近几年的工作表明，拓扑顺序是比以前更常见的怀疑，并实现了一类称为拓扑绝缘体材料。这些都是三维乐队绝缘体在自旋-轨道耦合导致金属表面状态，在每一个表面[ 2 ]。
威廉姆斯等人。报告约瑟夫森结不寻常的行为，由沉积在上面的拓扑绝缘体硒化铋（图1）的超导铝，的铝覆盖地区之间留下一个小缺口。作者应用一个外部磁场和分析
可以理解的磁场的效果，通过一个简单的光学类比。当电子移动穿过约瑟夫逊结，它拿起两个超导体的相位差，如果具有不同的相。但电子也拿起从磁场的相位（更准确地说，从
威廉姆斯等人的数据。最突出的特点是显着不同的领域从传统的夫琅和费模式，依赖的临界电流。第一极小发生在较小的字段比预计从几何区域的交界处，这可以解释，如果交界处的有效面积是小于估计数，或者如果交界区域中的磁场，通过增加“磁通聚焦”通过超导体迈斯纳排斥的领域。（使用石墨，而不是一个拓扑绝缘体的控制实验表明，助焊剂重点是不解释。）什么是更令人费解的是，从德国弗劳恩霍夫模式，曲线的形状也有很大不同。作者认为，数据表明偏离传统的电流相位关系[EQ。（1）]，可能是一个迹象不寻常的物理相关的紧急马约拉纳费米子。
为了讨论，这个实验揭示了显着的物理，我们需要回顾有关物业的拓扑绝缘体。它们的表面状态是在一个更高的层面进行边缘状态的量子霍尔和量子自旋霍尔效应的模拟。石墨一样，拓扑绝缘体表面态电子的有效质量为零。与石墨烯，拓扑绝缘体表面状态有一个奇怪的狄拉克点的费米面崩溃，当连接到超导体的表面状态，这种差异具有深远的影响。
包括传统的的超导金属和铜氧化物超导体，将已经绑定的电子水平在一个涡流磁。以前的理论工作已表明，在某些外来超导体的涡流可能具有一个绑定马约拉纳水平，这可以被理解为一个普通的结合水平的一半。这样的国家马约拉纳费米子的固态准粒子实现的，而最近试图深入研究工作提供了实验证据（见2010年3月15日观点）[ 3 ]。有人指出，由傅和凯恩[ 4 ]，由佐藤的建议后，在不同的上下文中[ 5 ]，该接口在传统超导体和拓扑绝缘体支持等马约拉纳水平磁旋涡，而且马约拉纳水平之间可能会导致Josephson效应的变形。简要地说，标准的电流相位的关系[式 （1）]被修改马约拉纳准粒子的存在的一个后果是，所观察到的在一个结点的电流的磁通周期性可以加倍。
在威廉姆斯等人的实验中，临界电流对磁场的依赖有效地执行一个集成在电流相位的关系，因为不同的路径具有不同的相位从该领域的贡献。笔者认为可能的电流的相位关系，并比较所产生的场依存性的实验观察。得到最好的配合，包括特殊的数据中的第一凹口，从电流相位关系由式基本上是不同的。（1）。
数据显示几个非常规的功能，包括上结的大小和正常态电阻的临界电流异常的依赖关系。非夫琅和费的临界电流曲线形状可以不均匀电流注入，这可能导致从拓扑绝缘体行为：进行拓扑绝缘体屏障，如果两侧的电流大致相同的顶表面以及所造成的，这将导致叠加单缝和双缝干涉图案，看起来类似的实验数据[ 6 ]。虽然这解释取决于上的的拓扑绝缘体阻挡层具有一表面状态，它不要求任何修改的电流的相位关系，但多个不寻常的特征的威廉姆斯等人的实验表明，可能需要更非常规的解释。为了解释观测到的影响，作者提出了一种唯象模型的基础上马约拉纳模式的出现，在超导的拓扑绝缘体界面。
[ 7 ] 有几组，特别是那些在普渡大学，代尔夫特[ 8 ]，而魏兹曼[ 9 ]的工作表明，可以使用超导体马约拉纳费米子。在这些实验中，超导体在磁场中的一个普通的半导体结合，和功能被观察到的原因可能是由一个马约拉纳约束水平，根据理论模型。其他研究小组正在探索类似物理学中的某些阶段，超流氦-3。无论航线原来是在未来更加丰硕的成果，这是令人兴奋地看到，其中一个最显着的超导理论的预测，即一个的无自旋电子或两个级别的系统可以“级分”成两个马约拉纳准粒子，似乎是更接近实验的现实。
参考文献
- JR·威廉姆斯，AJ Bestwick，P.加拉格尔，SS香港，Y.崔Bleich，JG Analytis，IR费舍尔，和D. Goldhaber -戈登，“非常规”约瑟夫森效应在混合超导的拓扑绝缘体设备，“ 物理。快报。 109，056803（2012年）。
- 对于审查的三维拓扑绝缘体MZ Hasan和JE·摩尔，“三维拓扑绝缘体，” 安。牧师电导率。垫。物理 ，55（2011） 。
- 弗兰兹，“种族为马约拉纳费米子”，物理 ，24（2010） 。
- L.富和CL凯恩“，”超导邻近效应和拓扑绝缘体表面的马约拉纳费米子在物理。快报。 100，096407（2008） 。
- M.佐藤，“非阿贝尔统计的公理字符串，” 物理学评论。快报。乙 575，126（2003） 。
- 作者感谢火盛 辛和J. Bardarson的对话，对于这一点。
- LP Rokhinson，X.刘和分数的交流约瑟夫森效应“观察：马约拉纳粒子的签名，” arXiv：1204.4212（2012）JK Furdyna， 。
- 五Mourik，K.左，SM弗罗洛夫，SR Plissard，EPAM Bakkers，和LP Kouwenhoven达成的“签名的马约拉纳费米子的混 ??合式超导半导体纳米线的设备，” 科学 336，1003（2012年）。
- A.达斯，Y. RONEN，大多数Y.，Y.俄勒冈，M. Heiblum，H. Shtrikman，“马约拉纳费米子的Al-砷化铟纳米线的拓扑超导体的证据，” arXiv：1205.7073（2012年）。
作者简介：乔尔·E.摩尔
乔尔·摩尔接受了他的AB从普林斯顿大学和博士 来自麻省理工学院的分数量子霍尔效应的理论工作。大学，加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室在2002年之前，他是一个研究生的Kavli研究所研究员，理论物理和贝尔实验室的博士后研究员。他目前的研究兴趣是集体的电子和原子的量子物理学，包括最近发现的“拓扑绝缘体”，并在应用到凝聚态物理，量子信息概念。
