Transporte quântico fracionário assistido por excitações de quasipartícula do tipo Majorana-Ising

Abstract

Em nosso estudo investigamos teoricamente a emergência das excitações de quasipartículas do tipo Majorana-Ising (do inglês, MIQ: Majorana-Ising-type quasiparticle) por meio das propriedades espectrais de uma impureza quântica (do inglês, QI: quantum impurity). Tais excitações emergem em um sistema composto por uma QI flanqueada por um supercondutor topológico (do inglês, TSC: topological superconductor) finito e uma ponta spin-polarizada, com spin inteiro S. O acoplamento da ponta à QI é dado por uma interação de troca do tipo Ising. Em nosso sistema os modos zero de Majorana (do inglês, MZMs: Majorana zero modes), que emergem nas bordas do TSC unidimensional, estão superpostos e nós encontramos um regime em que o termo oriundo da interação de Ising é capaz de modular a localização de um estado ressonante e fracionalizado de MZM no sítio da QI, o qual nomeamos de MIQ. A análise da condutância diferencial, decomposta nas componentes de tunelamento eletrônico e reflexões de Andreev, nos revelou a natureza fermiônica do estado MIQ como puramente eletrônica, a contribuição advinda dos processos de Andreev entre QI e os terminais metálicos se mostrou nula. Os estados de MIQ que descreveremos neste trabalho podem ser compreendidos como uma forma de manifestação dos chamados poor man’s Majoranas [Nature 614, 445 (2023)].

In our study we theoretically investigate the emergence of the Majorana-Ising-Type quasiparticle (MIQ) excitation through the spectral properties of a quantum impurity (QI). Such excitations can arise in a system composed by the coupling between a finite topological superconductor (TSC) and a spin-polarized tip, with integer spin S, flanking the QI. The coupling between the tip and the QI is given by an Ising-type exchange interaction. In our system the Majorana zero modes (MZMs), which emerge on the edges of the 1D TSC, are overlapped and we find a regime wherein the Ising term modulates the localization of a fractionalized and resonant MZM at the QI site, called by us MIQ. The analysis of the differential conductance, decomposed into the electronic tunneling and Andreev reflections components, revealed the fermionic nature of the MIQ state as purely electronic and a null contribution arising from the Andreev processes between the tip and the metallic leads. The MIQ state described in this work can be understood as a manifestation of the poor man’s Majoranas [Nature 614, 445 (2023)].