Josephson supercurrent in a topological insulator without a bulk shunt
在三维拓扑绝缘体Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3中引入了约瑟夫森超导电流。我们表明，在Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3剥离薄片的运输是由表面状态和体电导率可以忽略不计的温度下，我们研究的邻近诱导超导。我们在几个Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3薄片上制备了宽度为40 nm量级、长度为50 ~ 80 nm量级的约瑟夫森结，并测量了低至30 mK的温度。夫琅和费模式明确地揭示了超电流是约瑟夫森超电流。测量的临界电流可重复地观察到不同的设备和多次冷却后，和临界电流对温度的依赖性，以及磁场可以很好地解释扩散输运模型和几何效应。
2014-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tailoring supercurrent confinement in graphene bilayer weak links
约瑟夫森效应是凝聚态物理中研究最多的宏观量子现象之一，也是近几十年来量子技术发展的重要组成部分。它已经用于许多应用，如磁力测量、计量学、量子计算、探测器或电子制冷。然而，开发可以在空间和幅度上监测诱导超导性的设备仍然是一个严峻的挑战。在这项工作中，我们已经使用了本地门控制的限制，振幅和密度分布的超电流诱导的一维纳米压缩，定义在双层石墨烯六方氮化硼范德华异质结构。电阻门图，平衡输运，磁干涉测量，分析和数值模拟的结合使我们能够探索高度可调的超导弱连接。我们的研究为基于该原理设计更复杂的超导电路开辟了道路，例如电子干涉仪或过渡边缘传感器。
2017-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Towards searching for Majorana fermions in topological insulator nanowires
发展一种门可调、可扩展、拓扑可保护的超电流量子比特并将其集成到量子线路中对于量子信息技术和拓扑现象领域的应用至关重要。在这里，我们建议，纳米混合超导晶体管，超导量子类似物的晶体管，由拓扑绝缘体纳米线将是一个有前途的平台，前所未有的控制超电流的大小和电流相位关系，通过施加电压的栅极电极。我们相信，我们的实验设计将有助于探测拓扑绝缘体纳米线中的Majorana态，并建立拓扑超流量子比特的固态平台。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Supercurrent vortices and Majorana zero modes induced by an inplane Zeeman field on the surface of a three-dimensional topological insulator
非均匀面内塞曼场可以在超导二维系统和薄膜中诱导自旋轨道耦合电子自发超电流。在这项工作中，它表明，电流涡流可以创建在一个长的均匀磁化的铁磁绝缘体，这是沉积在三维拓扑绝缘体的表面上的条带的末端。假设其表面的s波超导电性具有内在起源，或由邻近效应引起。结果表明，奇涡量的涡旋可以使Majorana零模局部化，而后者也可能是由窄畴壁引起的，这为通过移动畴壁来操纵这些模提供了一种途径.结果表明，涡度可以通过改变条带的磁化强度和宽度来调谐。分析了带磁化强度相对于Berezinsky-Kosterlitz-Erdless跃迁的稳定性。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Facet-selective ballistic supercurrent in a weak topological insulator
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）；Max-Planck-Institut für Festkörperforschung（马克斯·普朗克固体研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Radboud University（拉德堡德大学）；Tohoku University（东北大学）
在弱拓扑绝缘体ZrTe5的约瑟夫森结中，通过超导量子干涉观测到类似SQUID的临界电流振荡，证实超流集中在特定晶面，并表现出弹道输运特征，为面分辨超导器件和高阶拓扑超导提供了平台。
2026-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spontaneous supercurrent and $ϕ$0 phase shift parallel to magnetized topological insulator interfaces
采用Keldysh-Eilenberger方法，我们从理论上研究了由三维拓扑绝缘体表面态构成的均匀面内磁化超导界面上自发超电流的产生和$ϕ$ 0相移的出现.我们考虑两个弱耦合均匀磁化的超导表面，其中s波超导体之间的宏观相位差可以通过外部控制。我们发现，取决于磁化强度和方向上的每一方，由于$ϕ$ 0-状态的自发超电流平行于界面的交界处的位置。计算结果表明，当电流分量的相位差接近于$π$时，电流分量的相位关系为非正弦，从而产生最大的自发超电流.我们还研究了界面处的Andreev亚能隙通道，并表明通过态密度研究可以揭示表面态中的自旋-动量锁定现象。最后，我们讨论了我们的研究结果的现实实验意义。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry Protected Josephson Supercurrents in Three-Dimensional Topological Insulators
将拓扑绝缘体（TI）的表面态耦合到s波超导体上，可以产生长期以来一直寻求的Majorana准粒子激发。然而，当体载流子完全耗尽时，即，在真正的拓扑制度，是相关的调查马约拉纳模式。在这里，我们报告测量的直流约瑟夫森效应在TI-超导体结的化学势从散装带的带隙，或通过真正的拓扑制度，其特征在于存在的只有表面电流。我们研究了在不同的体积/表面比的系统的相对行为，确定强体/表面混合，无序，和磁场的影响。我们将我们的结果与3D量子输运模拟进行比较，得出的结论是，由于带的固有拓扑结构，超电流主要由表面态携带，并且它对无序具有鲁棒性。
2012-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum interference of edge supercurrents in a two-dimensional topological insulator
由二维拓扑绝缘体（TI）构成的约瑟夫森弱连接表现出超导量子干涉器件（SQUID）中的超导磁振荡。我们提出了一个微观理论的这种效果，超越了基于标准SQUID理论的方法。对于长结，我们发现了一个温度驱动的交叉从Phi_0周期SQUID类振荡到2 Phi_0准周期干涉图案与不同的峰值在偶数和奇数值的磁通量量子Phi_0=ch/2 e。这种行为在短结中是不存在的，其中主要干扰信号发生在零磁场。这两种类型的干涉图案揭示了无间隙（保护）Andreev束缚态。然而，我们发现，通常的超导电流通量的关系是深刻修改的多普勒效应的屏蔽电流，这已被忽视以前。我们的研究结果可以解释最近观察到的偶奇干涉图案在InAs/GaSb基TI约瑟夫森结和发现未开发的纳米SQUID的操作制度。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Mesoscopic supercurrent transistor controlled by nonequilibrium cooling
提出了超导体-绝缘体-正常金属-绝缘体-超导体（SINIS）介观线中非平衡态下存在的独特准粒子分布，作为控制长约瑟夫森弱连接中超电流强度的新工具.我们提出了一个描述这个系统的扩散极限准经典格林函数理论的框架，并考虑到非弹性散射的影响与任意强度。超电流的增强和抑制，包括一个显着的过渡到一个$π$结是一个完全可调结构的显着特点。的非平衡度，温度和材料的选择，以及像噪声，开关时间，电流和功率增益的功能的作用也得到了解决。
2004-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Induced superconductivity in the two-dimensional topological insulator phase of cadmium arsenide
传统的s波超导体和二维拓扑绝缘体（2D TI）之间的混合结构是实现拓扑超导性的一条很有前途的途径。在这里，我们研究平面约瑟夫森结的混合结构，使用薄膜砷化镉（Cd 3As 2）作为二维TI材料。在垂直磁场中超导干涉图样的测量被用来提取关于超电流的空间分布的信息。我们发现，干扰模式是明显不同的结与台面隔离，分别。在台面定义的结中，2D TI的大部分似乎几乎完全被沿边缘流动的超电流分流，而当Cd3As2膜延伸超出器件时，超电流在整个结中更加均匀。我们讨论了所观察到的行为的可能起源。
2023-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gate Tunable Supercurrent in Josephson Junctions Based on Bi2Te3 Topological Insulator Thin Films
本文报道了超导Nb电极接触的Bi_2Te_3拓扑绝缘体（TI）薄膜组成的约瑟夫森结的输运测量结果。对于结长L = 134 nm的器件，临界超电流Ic可以通过调整TI膜的载流子类型和密度的电栅极来调制。当TI接近电荷中性区，费米能接近表面态的狄拉克点时，IC可以达到最小值。在p型区，约瑟夫森电流可以很好地描述由短弹道结模型。在n型区域中，在0.7 K < T < 3.8 K时结是弹道的，而对于T < 0.7 K，扩散体模出现并贡献比弹道模型更大的Ic。我们将p型区中扩散体模的缺乏归因于pn结的形成。我们的工作为寻找TI基超导器件中的Majorana零模提供了新的线索。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous low-temperature enhancement of supercurrent in topological-insulator nanoribbon Josephson junctions: evidence for low-energy Andreev bound states
我们报道了由拓扑绝缘体BiSbTeSe $_2$纳米带与超导Nb电极制成的门极可调约瑟夫森结在低温下临界电流的异常增强。与常规结相反，作为降低的温度$T$的函数，增加的临界电流$I_c$在温度$T_*$处表现出急剧的上升，该温度大约是几个不同样品和各种栅极电压的结临界温度的20 $\%$。$I_c$与$T$的关系证明了$T>T_*$的短结行为，但$T<T_*$的长结行为具有指数$T$依赖性$I_c \propto \exp\big(-k_B T/δ\big)$，其中$k_B$是玻尔兹曼常数.提取的特征能量尺度$δ$被发现是一个数量级小于感应超导间隙的结。我们将这种小$δ$的长结行为归因于低能量Andreev束缚态（ABS），该束缚态由拓扑绝缘体纳米颗粒（TINR）周围的电子波函数缠绕而产生。我们的TINR为基础的约瑟夫森结与低能量ABS是有前途的未来拓扑保护的设备，可能主机外来现象，如马约拉纳费米子。
2019-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson Junction through a Disordered Topological Insulator with Helical Magnetization
本文研究了由三维拓扑绝缘体无序表面态构成的约瑟夫森结中的超导和邻近涡旋。在一个政权的螺旋磁化的旋转周期大于结的宽度，我们发现超导0-π交叉作为结的厚度，磁化强度和固有的螺旋调制和表面状态的参数的函数。超导电流反转与邻近诱导的涡旋相关联，沿着结宽度成核，其中涡旋的数量和它们的位置可以通过超导相位差和上述参数来操纵。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spectral Bifurcation and Anomalous Supercurrent in Dissipative Topological Insulator-based Josephson Junctions
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Physical Research Laboratory（物理研究实验室）
研究揭示了耗散对拓扑绝缘体基约瑟夫森结中超导传输的影响，发现异常超流和马约拉纳束缚态寿命变化。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.supr-con
Supercurrent in Bi$_4$Te$_3$ Topological Material-Based Three-Terminal Junctions
在原位制备的基于拓扑绝缘体Bi $_4$ Te $_3$和超导体Nb的三端约瑟夫森结中研究了输运性质。微分电阻图作为两个偏置电流的函数，揭示了约瑟夫森超导电流的扩展区域，包括相邻超导电极之间的耦合效应。所观察到的动力学的结的耦合解释使用一个类似的几何形状的数值模拟的基础上的一个电容和电容分流的约瑟夫森结模型。温度依赖性表明，该设备的行为类似于先前的实验与单约瑟夫森结包括拓扑绝缘体弱链接。辐照射频的交界处，我们发现一个频谱的整数夏皮罗步骤和一个额外的分数阶，这是解释由一个歪斜的电流相位关系。在一个垂直的磁场中，我们观察到夫琅和费的开关电流的干涉图案。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gate-tunable supercurrent and multiple Andreev reflections in a superconductor-topological insulator nanoribbon-superconductor hybrid device
报道了在体绝缘BiSbTeSe $_2$拓扑绝缘体纳米取向（TINR）约瑟夫森结（JJ）中观察到的具有超导Nb接触的栅极可调邻近感生超导性和多次Andreev反射（MAR）。我们观察到一个栅极可调的临界电流（$I_C$）的栅极电压（$V_g$）以上的电荷中性点（$V_{CNP}$），与$I_C$高达430 nA。我们还观察到MAR峰的微分电导（$dI/dV$）与直流电压（$V_{dc}$）对应的次谐波峰的结（在$V_{dc} = V_n = 2Δ_{Nb}/en$，其中$Δ_{Nb}$是超导间隙的Nb接触和$n$是次谐波阶）。次谐波级$n$表现出$V_g$依赖性，并且对于$V_g = 40$ V达到$n = 13$，表明Nb接触对TINR的高透明度。我们的观察铺平了道路，探索使用TINR的拓扑保护设备，可能会举办异国情调的物理，如马约拉纳费米子的可能性。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall
$4π$-periodic Josephson supercurrent in HgTe-based topological Josephson junctions
约瑟夫森效应描述了两个超导体之间的弱连接中超导电流的一般外观。然而，它的确切物理性质深深地影响了超电流的性质。对约瑟夫森结的详细研究可以揭示超导配对（自旋-三重态关联，$d$波对称性）或电子输运（量子点，弹道通道）的微观性质。近年来，相当多的努力集中在超导体与拓扑绝缘体的耦合上，其中输运是由具有螺旋自旋极化的拓扑保护的狄拉克表面态介导的（而本体保持绝缘）。在这里，超导体的接近被预测会产生非常规的诱导$p$波超导性，具有拓扑保护的无隙Andreev束缚态的双重态，其能量随着跨结的超导相位差周期性地变化$4π$。在这篇文章中，我们报告了一个观察到的约瑟夫森结的3D拓扑绝缘体碲化汞的弱连接的射频辐射的异常响应。该响应被理解为是由于对超电流的$4π$周期性贡献，并且其幅度与无间隙Andreev双峰的预期贡献兼容。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Proximity-induced supercurrent through topological insulator based nanowires for quantum computation studies
在拓扑绝缘体表面态中，邻近诱导超导能隙被预测为容错量子计算中急需的Majorana费米子的宿主。最近理论上提出的拓扑量子计算架构通过Majoranas是基于Kitaev的一维量子线的大型网络，这对当前基于单纳米线的器件的可扩展性提出了巨大的实验挑战。在这里，我们解决了这个问题，通过实现强大的超导性的结制造的拓扑绝缘体Bi2Se3纳米线接近耦合到传统的s波超导W电极。铣削技术在纳米尺度上具有制造任何所需形状和结构的巨大潜力，因此可以有效地用于将现有的基于单纳米线的设计按比例放大为基于纳米线的网络架构。我们证明了弹道拓扑表面态在长Bi2Se3结中传播具有高IcRN产物的长程邻近诱导超导有序中的主导作用。大的上临界磁场，超过了Escherasekhar Clogston极限表明存在强大的超导秩序与自旋三重态库珀配对。还观察到非常规的IcRN产物对纳米线结的宽度的逆依赖性。
2018-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral pair density wave states generated by spin supercurrents
我们报道了磁性超导体和超导体/铁磁绝缘体双层膜中的自旋超电流可以诱导出Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，其强度正比于超导序参量的振幅.这种效应导致了结合手征磁螺旋和对密度波阶的非均匀宇称破缺基态的存在。这种状态的形成发生在低于超导转变的阈值温度下，通过手性畴壁的渗透。我们发现制度的单一和重入过渡到非均匀的状态，随着温度的降低。预测的混合手征态可以在具有现实参数和材料组合的现有结构中找到。
2021-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Planar Hall supercurrent and δϕ-shift in the topological Josephson junction
本文理论研究了三维拓扑绝缘体表面超导/铁磁约瑟夫森结，揭示面内磁化诱导的平面霍尔超电流、自旋转移力矩及反常δϕ结和π位移，为拓扑量子器件提供新机制。
2024-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson supercurrent through the topological surface states of strained bulk HgTe
应变块体HgTe是一种三维拓扑绝缘体，其表面电子具有高迁移率（30，000 cm ^2/Vs），而其块体实际上不含移动载流子。这些特性使研究运输通过其非常规的表面状态，而不会受到阻碍的平行体电导。在这里，我们展示了基于碲化汞的约瑟夫森结的传输实验，以调查预测的Majorana状态的外观在拓扑绝缘体和超导体之间的界面。有趣的是，我们观察到一个无耗散的超电流流过HgTe的拓扑表面态。的电流-电压特性是滞后的温度低于1 K的临界几微安的超电流。此外，我们观察到一个磁场诱导的临界超电流的夫琅和费图案，表明在非常规的表面态占主导地位的2π周期约瑟夫森效应。我们的研究结果表明，应变HgTe是一种很有前途的材料系统，可以更好地理解拓扑表面态的约瑟夫森效应，并在输运实验中寻找零能Majorana态的表现。
2013-06-01 cond-mat.mes-hall
Tailoring Josephson coupling through superconductivity-induced nonequilibrium
提出了超导体-绝缘体-正常金属-绝缘体-超导体（SINIS）介观线中非平衡态下存在的独特准粒子分布，作为控制长约瑟夫森弱连接中超电流强度的新工具.我们提出了一个描述这个系统的扩散极限准经典格林函数理论的框架，并考虑到非弹性散射的影响与任意强度。超电流的增强和抑制，包括一个显着的过渡到一个$π$结是一个完全可调结构的显着特点。
2003-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gapless Andreev bound states in the quantum spin Hall insulator HgTe
近年来，由于奇异的新现象及其容错拓扑量子计算的前景，Majorana物理在理论和实验研究中都引起了相当大的关注。为此，人们需要在拓扑绝缘体中设计超导性和电子性质之间的相互作用，但实验工作仍然很少且不明确。在这里，我们报告的实验证据拓扑超导诱导碲化汞量子阱，二维拓扑绝缘体，表现出量子自旋霍尔效应。交流约瑟夫森效应表明，超导电流具有$4π$ -周期性与超导相位差表示的电压阶跃的两倍多夏皮罗步骤。此外，一个异常的SQUID一样的响应垂直磁场表明，这种$4π$周期性的超导起源于位于交界处的边缘上的状态。这两个功能出现最强时，样品被门控对量子自旋霍尔制度，从而提供了证据，诱导拓扑超导量子自旋霍尔边缘状态。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Designing lattice spin models and magnon gaps with supercurrents
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
利用超电流实现对自旋晶格和磁子间隙的电控，为研究不同自旋哈密顿量提供新途径。
2026-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Manipulating Majorana fermions using supercurrents
在s波超导体附近的拓扑绝缘体边缘和自旋轨道耦合量子线可以通过塞曼场的拓扑量子相变来调谐。在这里，我们表明，在s波超导体中流动的超导电流也驱动这样的转变。我们建议使用这种新的机制来生成和操纵马约拉纳费米子，局部化在域壁之间的拓扑和非拓扑区域的边缘或线。在量子线中，这种方法带来了额外的好处，即超导降低了拓扑相位出现的临界塞曼场。
2012-02-14 cond-mat.mes-hall
Unconventional Josephson Effect in Hybrid Superconductor-Topological Insulator Devices
我们报道了超导-拓扑绝缘体混合器件中约瑟夫森结的输运性质，它与普通的约瑟夫森结行为有两个显著的不同：一个是特征能量与结宽成反比，另一个是低特征磁场抑制超导电流.为了解释这些效应，我们提出了一个唯象模型，扩展了现有的拓扑绝缘体约瑟夫森结的理论。
2012-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gate-Tunable Ambipolar Josephson Current in a Topological Insulator
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Soochow University（苏州大学）
研究通过门控调节在拓扑绝缘体横向约瑟夫森结中实现双极约瑟夫森电流，揭示了厚度对双极行为的影响及化学势调控对磁场抗性的作用。
2025-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fermion-parity anomaly of the critical supercurrent in the quantum spin-Hall effect
量子自旋霍尔绝缘体的螺旋边缘状态可以在两个超导电极之间平衡（间隔L，相干长度xi）。我们计算了最大（临界）电流I_c，可以沿着一个单一的边缘流动没有耗散，超越了短结限制L<<xi的早期工作，并发现一个依赖于费米子宇称的基态时，L变得大于xi。费米子-宇称守恒使低温长结极限的临界电流加倍，而对于短结，有或没有宇称约束的I_c是相同的。这提供了4 π周期约瑟夫森效应的相位不敏感的DC特征。
2013-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Nonsinusoidal current-phase relations in semiconductor-superconductor-ferromagnetic insulator devices
本文提出半导体-超导体-铁磁绝缘体 Josephson 结，利用栅极与磁化调控谐波，在 0–π 相变附近获得二次谐波主导输运，并实现效率约 30% 的可调 Josephson 二极管效应。
2023-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Detection of Majorana zero modes bound to Josephson vortices in planar superconductor-topological insulator-superconductor junctions
该研究探讨S-TI-S约瑟夫森结中约瑟夫森涡旋束缚的马约拉纳零模探测，通过计算超导电流密度指出Fraunhofer特征不足以可靠探测MZMs，并提出结合扫描隧道显微镜和微波谱分析两种补充方法以进一步验证MZMs的存在。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall
Possible evidence for spin-transfer torque induced by spin-triplet supercurrent
超导体中的库珀对通常是自旋单线态。然而，最近的研究表明，自旋三重态库珀对可以在精心设计的超导体-铁磁体界面上产生。如果库珀对是自旋极化的，它们将不仅传输电荷，而且传输净自旋分量，但没有耗散，因此使与自旋电子器件相关的热效应最小化。虽然现在已经确定了三重态超电流的存在，但它们最有趣的性质-自旋-只能从输运测量中间接推断。在常规自旋电子学中，众所周知，自旋电流产生改变磁化动力学和切换磁矩的自旋转移力矩。由于自旋三重态超电流的类似效应的观察不仅将证实三重态对的净自旋，而且为超导自旋电子学的应用铺平了道路。本文给出了超导体/铁磁体/超导体（S/F/S）约瑟夫森结中三重态超电流引起自旋转移力矩的可能证据。在超导转变温度T_c以下，由于三重态超导电流引起的自旋转移矩，X波段（~ 9.0GHz）的铁磁共振场随温度的降低而迅速向低场移动。相反，这种现象在铁磁/超导体（F/S）双层和超导体/绝缘体/铁磁/超导体（S/I/F/S）多层中不存在，其中没有超导电流通过铁磁层。这些实验观察与理论预测的铁磁约瑟夫森结旋进磁化进行了讨论。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Non-Reciprocal Current-Phase Relation and Superconducting Diode Effect in Topological-Insulator-Based Josephson Junctions
本研究在拓扑绝缘体基约瑟夫森结中，通过磁场依赖的电流-相位关系测量，发现异常峰-谷行为源于边缘增强的超电流分布，并揭示了可调的约瑟夫森二极管效应，为非互易超导电子学提供新设计原则。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Dynamical Gate Tunable Supercurrents in Topological Josephson Junctions
在三维拓扑绝缘体的表面上由紧密间隔的常规超导体制成的约瑟夫森结已经被提出用于承载可以包括马约拉纳费米子的Andreev束缚态（ABS）。在这里，我们提出了一个广泛的研究，在各种SQUID的Nb/Bi $_2$ Se $_3$ /Nb约瑟夫森结中的低能量ABS进行的超电流，因为我们调制的Bi $_2$ Se $_3$障碍通过静电顶栅的载流子密度。如前所述，我们发现约瑟夫森电流在施加到顶栅的电压的临界值处急剧下降。这种下降已被归因于一个过渡的拓扑平凡的2DEG在表面上几乎耗尽，导致空间位置的变化和性质的螺旋表面状态的变化。我们目前的测量，支持这一图片揭示了质的变化，温度和磁场的依赖性的临界电流在这个过渡。特别是，我们观察到显着的波动，在临界电流接近完全耗尽的2DEG，表明通过拓扑低能量ABS的超导运输的动力学性质。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Proximity-effect-induced superconductivity in topological insulator-related material Bi2Se3
研究了与拓扑绝缘体相关的材料Bi_2Se_3在超导Pb-Bi_2Se_3界面附近的电子输运性质，发现Bi_2Se_3在扩展的体积内诱导出超导态.这种状态可以携带约瑟夫森超电流，并展示了一个缺口状结构的电导光谱探测正常金属电极。间隙的建立不是通过将电子限制在靠近超导体-正常金属界面的狭窄空间中，如先前在其他系统中观察到的，而是可能通过Bi 2Se 3中的电子-电子吸引相互作用。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Controlling magnetic domain walls with supercurrents
University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC) Centro Mixto CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC）CSIC-UPV/EHU联合中心）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）
本文提出利用超导体/磁性绝缘体双层中的超电流驱动自旋积累，结合吉尔伯特阻尼实现磁畴壁运动，并通过畴壁电压定位其位置，功耗远低于正常态。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
In-surface confinement of topological insulator nanowire surface states
用NEMO 5的原子20带紧束缚功能解决了[110]和[001] Bi2Te3纳米线的能带结构。理论分析结果表明：目前流行的所有拓扑绝缘体导线表面等效的假设是不恰当的。化学性质不同的导线表面的费米速度显著不同，这产生了有效的表面限制电位。因此，拓扑绝缘体表面状态偏好特定的表面。因此，必须仔细设计实验，不要探测不利于表面态（低态密度）的表面，从而对TI效应不敏感。
2016-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Confinement-engineered superconductor to correlated-insulator transition in a van der Waals monolayer
过渡金属二硫属化物（transition metal dichalcogenides，TMDC）是一类具有多种不同量子基态的二维材料。特别地，d $^3$ TMDC是具有各种对称破缺状态的典型材料，包括电荷密度波、超导性和磁性。在这个家族中，NbSe $_2$是研究最好的超导材料之一，直到单层极限。尽管它的超导性质，各种结果指向强电子排斥在NbSe $_2$。在这里，我们通过量子限制实验控制的相互作用的强度，并使用低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS），以证明NbSe $_2$是在密切接近相关的绝缘状态。这揭示了NbSe $_2$中竞争相互作用的共存，通过约束控制的相互作用产生从超导到绝缘量子关联态的转变。我们的研究结果表明，在NbSe $_2$的相互作用的戏剧性的作用，建立NbSe $_2$作为一个相关的超导体与竞争的相互作用。
2022-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Anomalous Fraunhofer patterns in gated Josephson junctions based on the bulk-insulating topological insulator BiSbTeSe2
基于三维拓扑绝缘体（TI）的约瑟夫森结中，可以形成一维Majorana模。虽然最近报道了在体绝缘TI样品上制作的约瑟夫森结中观察到的超导电流，但在这种基于TI的约瑟夫森结中观察到的夫琅和费图案（有时会出现异常特征）仍然没有得到很好的理解。在这里，我们报告了我们的研究，高度栅极可调TI基约瑟夫森结制成的最大的体绝缘TI材料之一，BiSbTeSe 2，和Al。费米能级可以通过跨狄拉克点的门控调谐，和高的透明性的Al/BiSbTeSe 2接口是由一个高的特征电压和多个Andreev反射与峰值指数达到12。在整个栅极电压范围内观察到具有缺失波瓣的异常夫琅和费图案。我们发现，通过采用先进的拟合过程中使用的最大熵方法在Monte Carlo算法，反常的夫琅和费图案被解释为在TI表面上的结中的超电流分布的不均匀的结果。除了建立一个非常有前途的制造技术，这项工作澄清了一个重要的开放问题，关于TI为基础的约瑟夫森结。
2018-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Josephson Current and Noise at a Superconductor-Quantum Spin Hall Insulator-Superconductor Junction
我们研究了量子自旋霍尔绝缘体边缘态介导的超导体之间的结。我们表明，这种结表现出分数约瑟夫森效应，其中电流相位关系具有4π，而不是2π周期性。这种效应是超导结中费米子宇称（模2的电子数）守恒的结果，并与量子自旋霍尔绝缘体的Z_2拓扑结构密切相关。非弹性过程违反了费米子宇称守恒，导致了平衡态超流中的电报噪声。我们预测，由于这些过程的低频噪声随温度T呈指数发散，T -> 0。HgCdTe量子阱上可能的实验将被讨论。
2008-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electronic confinement of surface states in a topological insulator nanowire
我们分析了拓扑绝缘体纳米线模型中电子表面态的限制。自旋动量锁定在表面状态减少了不必要的反向散射的存在下，非磁性的障碍，并被称为抵消本地化的某些值的磁通量线程线。我们表明，有意的背散射可以诱导在纳米线收缩的存在下的一系列条件。我们提出了一个几何纳米线，涉及两个收缩，并表明这些地区形成有效的障碍，允许形成一个量子点。我们分析了零温度非相互作用的电子输运通过设备使用的Landauer-Büttiker方法，并显示如何外部施加的磁通量平行的纳米线和静电门可以用来控制的量子点的光谱和电子输运通过表面状态的模型设备。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall
Ballistic surface channels in fully in situ defined Bi$_4$Te$_3$ Josephson junctions with aluminum contacts
在这封信中，我们报告的电输运性质的Bi $_4$ Te $_3$在约瑟夫森结几何形状使用超导铝电极与钛互扩散障碍。Bi $_4$ Te $_3$被认为是一种双重拓扑绝缘体，由于时间反演和镜像对称性，强拓扑绝缘体相和晶体拓扑相共存.通过Bi $_4$ Te $_3$层的超导电流的形成由两步过程来解释。首先，由于Al/Ti电极的紧密接近，在电极正下方的Bi $_4$ Te $_3$层内感应出超导能隙。该间隙的大小通过分析在低电压偏置下在器件差分电阻内识别的多个Andreev反射（MAR）来确定。第二，基于Andreev反射和反向Andreev反射过程，在这两个邻近耦合区之间的弱连接区中建立超电流。的临界电流以及火星的温度依赖性的分析表明，主要是弹道超电流的贡献之间的邻近的Bi $_4$ Te $_3$区域，即使该材料的特点是由半金属体相。这些弹道模式的存在给出了指示的拓扑性质的Bi $_4$ Te $_3$。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconducting Quantum Interference Devices Made of Sb-doped Bi2Se3 Topological Insulator Nanoribbons
报道了用Sb掺杂的Bi_2Se_3拓扑绝缘体（TI）纳米颗粒（NR）与PbIn超导电极接触制成的超导量子干涉器件（SQUID）的制备和表征。当外加磁场沿NR轴方向作用时，由于一维子带的存在，TI NR表现出周期性的磁导振荡，即所谓的Aharonov-Bohm振荡。在PbIn电极的超导转变温度以下，我们观察到超导电流流过TI NR基SQUID。临界电流随垂直于SQUID环的磁场周期性地调制，揭示了周期性对应于超导通量量子。我们的实验观测有助于探索TI NR中的Majorana束缚态，为开发拓扑量子信息器件提供了希望。
2020-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Engineering electronic structure of a 2D topological insulator Bi(111) bilayer on Sb nanofilms by quantum confinement effect
本文报道了利用分子束外延（MBE）技术在Sb纳米薄膜上制备二维拓扑绝缘体-Bi（111）双层薄膜。我们的角分辨光电子能谱测量表明，作为薄膜厚度的函数的异质结构的电子能带结构的演变，并揭示了一个二维自旋无质量电子气内的顶部Bi双层的存在。有趣的是，我们的第一性原理计算外推所观察到的能带结构表明，通过调谐到量子尺寸制度的支持Sb膜的厚度，一对孤立的拓扑边缘态出现在一个部分能隙以上的费米能级0.32 eV的量子限制效应的结果。我们制造纳米级异质结构的结果和方法使Bi双层/Sb异质结构成为超低能耗成本电子学和表面自旋电子学的巨大潜力平台。
2015-11-08 cond-mat.mes-hall
Gating ferromagnetic resonance of magnetic insulators by superconductors via modulating electric-field radiation
本文提出通过相邻超导体对磁性绝缘体辐射电场的反射与调制，实现磁振子与库珀对的超强耦合，从而高效门控铁磁共振频率。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Manipulating topological-insulator properties using quantum confinement
最近的发现刺激了理论预测和实验实现的新材料，具有拓扑性质所产生的能带反转。这种拓扑绝缘体在本体中是绝缘的，但具有导电的表面或边缘状态。拓扑材料显示出各种不寻常的物理性质，并被推测能够创造奇异的马约拉纳费米子准粒子。当系统规模减小时，拓扑行为的签名如何演变从基础和面向应用的角度来看都是有趣的，因为这样的理解可以形成剪裁系统以处于特定拓扑阶段的基础。这项工作考虑了量子阱限制定义二维层的具体情况。基于体拓扑绝缘体的有效哈密顿描述，以谐振子势为例，研究了软壁比硬壁约束下能带反转和尺寸量子化的相互作用.我们的模型系统提供了一个有用的平台，系统研究正常和拓扑相位之间的过渡，包括带反转的发展和无质量狄拉克费米子表面态的形成。裸尺寸量子化，二维子带混合，和电子空穴不对称性的影响被解开，并阐明其各自的物理后果。
2017-06-17 cond-mat.mes-hall
Role of quantum confinement in semiconductor-superconductor core-shell nanowires
Reykjavik University（雷克雅未克大学）；Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；West Virginia University（西弗吉尼亚大学）
本文通过微观模型计算，研究半壳和全壳金属超导体覆盖的半导体纳米线中超流的相干性，发现半壳系统中高能横向模的电子-空穴混合态环绕纳米线，导致Little-Parks振荡。
2026-06-12 cond-mat.mes-hall
Evidence for an anomalous current phase relation in topological insulator Josephson junctions
具有拓扑绝缘体弱连接的约瑟夫森结可以具有低能Andreev束缚态，从而产生偏离正弦行为的电流相位关系。特别感兴趣的是零能量马约拉纳束缚态，形成在相位差为$π$。在这里，我们报告了约瑟夫森结和包含拓扑绝缘体弱连接的超导量子干涉器件（SQUID）的干涉测量研究。我们发现，单结衍射花样和SQUID振荡的节点被提升，并且与化学势无关。在高温下，SQUID振荡恢复到常规行为，排除了不对称性。SQUID振荡的节点提升与低能量Andreev束缚态表现出非正弦电流相位关系是一致的，与具有常规正弦电流相位关系的状态共存。然而，在单结衍射图案中的有限节点电流表明可能由马约拉纳束缚态携带的超电流的异常贡献，虽然我们也考虑了不均匀性的可能性。
2015-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Chirality inversion of Majorana edge modes in a Fu-Kane heterostructure
Fu和Kane发现具有诱导s波超导性的拓扑绝缘体（间隙$Δ_0$、费米速度$v_{\rm F}$、费米能量$μ$）支持手性Majorana模在具有磁性绝缘体的表面上沿着边缘传播。我们证明了当边界上的库珀对动量超过$Δ_0^2/μv_{\rm F}$时，超电流的逆流可以使Majorana费米子的运动方向反转。的手征反转的信号由平行于超电流的通道的热导的加倍。此外，反转的边缘可以传输非零电流，由狄拉克模式携带，当马约拉纳模式切换手性时出现。手征反转是有自旋拓扑超导体中马约拉纳费米子的一个独特特征：它不存在于无自旋手征p波配对中。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall
Gate-tuned normal and superconducting transport at the surface of a topological insulator
三维拓扑绝缘体的特征在于在其本体中存在带隙并且在其表面存在无带隙的狄拉克费米子。新的物理现象起源于狄拉克费米子的存在，预计会发生，并通过适当设计的电子设备中的传输测量实验访问。在这里，我们研究运输通过薄Bi2Se3单晶上制作的超导结，配备了栅电极。在垂直磁场B的存在下，扫描门电压使我们能够观察到狄拉克费米子朗道能级的填充，其性质从电子到空穴不断演变。当B=0时，超电流出现，其大小可以门调谐，并在由朗道能级填充确定的电荷中性点处最小。我们的研究结果表明，门控纳米电子器件如何在一个三维拓扑绝缘体的单个表面上控制狄拉克费米子的正常和超导输运。
2011-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Direct observation of quantum confinement of massless Dirac fermions in a topological insulator
自从发现拓扑绝缘体（TI）1，2以来，其手性表面态的特殊性质已在体材料和具有开放边界的薄膜材料中得到实验证明3，4。TI表面上的闭合边界可能会引起更有趣的现象，例如无质量狄拉克费米子（DF）的量子限制，这类似于金属表面上大质量自由电子的量子围栏（QC）5 -10。迄今为止，由于无质量费米子的不寻常的发射功率，实现真正的狄拉克QC仍然是一个非常严峻的挑战。通过在Bi 2 Te 3表面上异质外延生长具有适当覆盖率的Bi双层，在这里，我们展示了真正的狄拉克QC的实现。具体而言，壮观的地图的量子干涉在等边三角形的量子相干体包围Bi双层直接可视化通过使用低温扫描隧道显微镜。目前的成功归因于一个完美的方向匹配之间的QC边界和静止相散射的无质量的DF。此外，还系统地测量和分析了受约束的DF的准粒子寿命。
2014-04-18 cond-mat.mes-hall
Confined vs. extended Dirac surface states in topological crystalline insulator nanowires
将二维狄拉克费米子限制在拓扑绝缘体表面上一直是一个突出的概念挑战。在这里，我们表明，狄拉克费米子限制是可以实现的拓扑晶体绝缘体（TCI），主机多个表面狄拉克锥取决于表面终止和它保留的对称性。这种限制最显著地反映在纳米线几何结构中这些狄拉克态的通量依赖性中，其中不同的刻面连接以形成封闭的表面。使用SnTe作为一个案例研究，我们展示了如何线与所有四个方面的类型<100>显示新颖的Aharonov-Bohm振荡，而纳米线与四个方面的类型，<110>这种振荡是不存在的，由于强约束的狄拉克状态，每个面分别。我们的研究结果将TCI纳米线作为限制和操纵狄拉克表面态的通用平台。
2022-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiple Andreev reflections in topological insulator nanoribbons
由拓扑绝缘体（TI）纳米带（NR）制成的超导邻近结为研究拓扑超导性提供了一个有用的平台。我们报道了用Sb掺杂的Bi $_2$ Se $_3$ NR与Al电极接触的约瑟夫森结（JJ）的制造和测量。Aharonov $-$ Bohm和Altshirt $-$ Aronov $-$ Spivak振荡的轴向磁导的TI NR的观察，表明存在的金属表面状态沿圆周的TI NR。我们观察到了TI NR JJ中的超电流和由于多次Andreev反射引起的微分电导的次谐波能隙结构。基于过电流估计的TI NR JJ的界面透明度达到$τ$ = 0.83，这是TI JJ报告的最高值之一。临界电流的温度依赖性是一致的短和弹道结模型确认形成的高透明的超导接触的TI NR。我们的观察将是有用的探索拓扑约瑟夫森效应在TI NR。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Spin-Wave Doppler Shift by Magnon Drag in Magnetic Insulators
超导体中的临界超导电流和金属铁磁体的磁基态的不稳定性是由电荷流引起的准粒子色散的多普勒频移引起的。在这里，我们预测一个类似的效果，在磁性绝缘体的薄膜中，由邻近带状线发射的微波产生相干的手征自旋电流，导致磁振子色散的多普勒频移。自旋波不稳定性被磁振子-磁振子相互作用抑制，磁振子-磁振子相互作用将自旋电流限制在接近但低于不稳定性阈值的值。磁振子电流对磁序的反作用对自旋电流的限制应作为磁振子器件的设计参数。
2021-02-09 cond-mat.mes-hall
On-demand thermoelectric generation of equal-spin Cooper pairs
超导自旋电子学是基于铁磁-超导体（F-S）混合结中自旋三重态库珀对的产生。先前的按需操纵自旋极化超电流的提议通常需要仔细控制磁性材料的能力。相反，我们提出了一种量子热机，它可以产生等自旋的库珀对，并在不操纵磁性元件的情况下按需驱动超电流。我们考虑在二维拓扑绝缘体的螺旋边缘上的S-F-S结，它连接不同温度下的两个引线。由热偏压产生的热和电荷电流是由不同的传输过程引起的，其中电子共隧穿负责向冷引线的热流，并且引人注目的是，只有交叉Andreev反射有助于电荷电流。这种纯粹的非定域安德烈耶夫热电效应在超导体上注入自旋极化的库珀对，产生一种可以通过调节它们的相对相位来打开/关闭的超电流。我们进一步证明，自旋三重态配对的签名是由相当低的温度梯度小于超导能隙的热电流的波动促进。
2019-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
