侵权投诉

这个东西在拓扑量子计算领域具有潜在的应用前景

知社学术圈 2021-06-04 17:12 次阅读

近年来,超导体中的拓扑相引起了学界的广泛关注。在拓扑超导体中,非平庸的无能隙边界态或零能边界态中存在超导准粒子,是马约拉纳费米子的一种表现形式。马约拉纳费米子遵从非阿贝尔交换统计规律,其能被用来构造高容错的量子计算机,在拓扑量子计算领域具有潜在的应用前景。

然而,由于描述特定材料超导性质的Bogoliubov-de Gennes (BdG)哈密顿量中参数的不确定性,对潜在拓扑超导材料的第一性原理预测面临着巨大挑战。已有的第一性原理方法通常只能分析拓扑超导体产生的前提条件,如研究已知超导体常规状态下的Rashba分裂或拓扑性质,或者探讨具有拓扑性质的材料的超导电性,但实际上并没有直接分析超导准粒子的拓扑性质。因此,亟需发展能够准确预测和表征材料拓扑超导电性的第一性原理计算新方法。

来自美国犹他大学材料科学与工程系刘锋教授和清华大学高等研究院刘铮教授带领的,包括中国海洋大学、清华大学、山东大学和韩国Pohang大学在内的国际合作团队,利用用瓦尼尔函数为基矢构造能带结构,在考虑Rashba自旋轨道耦合、塞曼分裂和电子-声子耦合的情况下,构建了针对特定超导材料,即锰掺杂碲化锗单层材料(Ge1-xMnxTe)拓扑超导相的第一性原理相图。

通过自洽求解基于BdG哈密顿量的BdG方程,作者既估算了超导临界转变温度和临界磁场强度,又通过计算拓扑不变量和手性马约拉纳边缘模式来表征了拓扑超导相。计算得到的相图表明,Ge1-xMnxTe的空穴浓度为~7.4×1013 cm-2时,单层GeTe在~120 mK以下变为超导体,Mn浓度为x~0.015%的Ge1-xMnxTe在~40 mK下是D类拓扑超导体,这可用其被非零的陈数和手性马约拉纳边缘模式表征。

该工作为利用第一性原理计算预测拓扑超导体材料和量化拓扑超导的实现条件提供了可靠方案,并对相关实验研究具有重要的指导意义。 该文近期发表于npj Computational Materials 7: 44 (2021),英文标题与摘要如下。

Prediction of intrinsic topological superconductivity in Mn-doped GeTe monolayer from first-principles

Xiaoming Zhang, Kyung-Hwan Jin, Jiahao Mao, Mingwen Zhao, Zheng Liu* & Feng Liu*

The recent discovery of topological superconductors (TSCs) has sparked enormous interest. The realization of TSC requires a delicate tuning of multiple microscopic parameters, which remains a great challenge. Here, we develop a first-principles approach to quantify realistic conditions of TSC by solving self-consistently Bogoliubov-de Gennes equation based on a Wannier function construction of band structure, in presence of Rashba spin-orbit coupling, Zeeman splitting and electron-phonon coupling.

We further demonstrate the power of this method by predicting the Mn-doped GeTe (Ge1-xMnxTe) monolayer – a well-known dilute magnetic semiconductor showing superconductivity under hole doping – to be a Class D TSC with Chern number of -1 and chiral Majorana edge modes.

By constructing a first-principles phase diagram in the parameter space of temperature and Mn concentration, we propose the TSC phase can be induced at a lower-limit transition temperature of ~40 mK and the Mn concentration of x~0.015%. Our approach can be generally applied to TSCs with a phonon-mediated pairing, providing useful guidance for future experiments.

编辑:jq

原文标题:npj: 拓扑超导体的“从头算”—Wannier函数的威力

文章出处:【微信号:zhishexueshuquan,微信公众号:知社学术圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

如何消除表面残余电荷和极化电场?

密度函数理论(DFT)已经发展成为电子结构计算的主要方法,几乎可以研究材料的所有方面及其特性。大多数....
的头像 知社学术圈 发表于 07-05 14:34 138次 阅读
如何消除表面残余电荷和极化电场?

数字量子电子学的相关信息

在这个空间中归一化的每个向量代表一个可能的计算状态,我们将其称为 n 个量子比特的量子寄存器。量子比....
的头像 汽车玩家 发表于 07-02 15:34 285次 阅读
数字量子电子学的相关信息

拓扑绝缘体材料有望成为硅替代品?

自从一种被称为拓扑绝缘体的新材料问世以来(这一发现帮助获得了 2016 年诺贝尔物理学奖),研究人员....
的头像 芯朋微电子 发表于 06-27 09:58 394次 阅读
拓扑绝缘体材料有望成为硅替代品?

12种开关电源拓扑及计算公式

12种开关电源拓扑及计算公式分享。
发表于 06-16 16:57 62次 阅读
12种开关电源拓扑及计算公式

开关电源基础知识(隔离式与非隔离式)

开关电源(隔离式与非隔离式)基础知识免费下载。
发表于 06-15 16:52 91次 阅读
开关电源基础知识(隔离式与非隔离式)

你们知道什么是叶脊网络吗

今天这个故事,要从67年前开始说起。 1953年,贝尔实验室有一位名叫Charles Clos的研究....
的头像 LoRa与物联网 发表于 05-31 10:50 308次 阅读
你们知道什么是叶脊网络吗

输入1000VDC,输出50kw,48VDC,用什么拓扑比较好?请大佬指点

想了3种 一种是用BUCK,第二种是用一路全桥,第三种是用几路全桥输出并联,请各位指点。 ...
发表于 05-28 14:27 606次 阅读
输入1000VDC,输出50kw,48VDC,用什么拓扑比较好?请大佬指点

常见开关电源各种拓扑结构对比

今天给大家分享一篇常见开关电源各种拓扑结构对比与分析的知识,做硬件或者电源开发的读者建议深入了解一下。 1.什么是Power...
发表于 05-26 06:00 1748次 阅读
常见开关电源各种拓扑结构对比

开关电源14种拓扑计算公式大汇总,电源工程师赶紧收藏备用!

1,Buck 变换器的功率器件设计公式 (1):Buck 变换器的电路图: (2):Buck 变换器的主要稳态规格: (3):功率器...
发表于 05-25 11:12 2125次 阅读
开关电源14种拓扑计算公式大汇总,电源工程师赶紧收藏备用!

分享一款汽车覆盖件模具的设计方案

一种基于逆向工程的汽车覆盖件模具的设计
发表于 05-14 07:20 101次 阅读
分享一款汽车覆盖件模具的设计方案

剖析拓扑与磁性的结合

拓扑学,英文为 Topology,最初是几何学的一个分支。通常的几何学是研究平面或几何体上点、线、面....
的头像 通信首条 发表于 05-13 16:43 420次 阅读
剖析拓扑与磁性的结合

基于层次值的皮肤创面形态学展开方法

临床上由于创伤所致的皮肤等软组织缺损创面形状常不规则,目前仅采用样布描记皮瓣形状进行术前设计其方法较....
发表于 05-12 16:16 53次 阅读
基于层次值的皮肤创面形态学展开方法

基于变分自编码器的网络表示学习方法

网络表示学习的目标是将网络节点映射到一个低维的向量空间中,然后利用已有的机器学习方法解决诸如节点分类....
发表于 05-12 14:50 56次 阅读
基于变分自编码器的网络表示学习方法

如何对充电机主电路进行仿真测试?

充电机主电路拓扑是什么? 主电路工作过程是怎样的? 如何对充电机主电路进行仿真测试? ...
发表于 05-12 06:54 101次 阅读
如何对充电机主电路进行仿真测试?

【精品推荐】100条反激、正激、各种双端拓扑计算公式列表

截图少部分,完整版下载附件
发表于 05-10 10:07 1030次 阅读
【精品推荐】100条反激、正激、各种双端拓扑计算公式列表

DNA也可以用来构建柔性材料?

DNA分子间不是固定的——它们会不断拆分和结合来形成新的形态。Davide Michieletto解....
的头像 芯朋微电子 发表于 04-29 17:13 432次 阅读
DNA也可以用来构建柔性材料?

六面体网格复杂层插入操作的优化设计

拓扑操作在六面体网格生成、编辑和优化中至关重要,而层操作是最直接有效、应用最广泛的拓扑修改操作,其中....
发表于 04-27 15:25 46次 阅读
六面体网格复杂层插入操作的优化设计

在电源中如何选择合适主电路拓扑浅析

国际电压等级有单相120Vac,220Vac,230Vac等。国际通用的交流电压范围为85~265V....
的头像 multisim 发表于 04-27 09:57 449次 阅读
在电源中如何选择合适主电路拓扑浅析

正温系数(PTC)加热器的应用及其它汽车应用产品详解介绍

传统内燃机汽车通过发动机加热的冷却液实现加热系统。在冷却液温度上升相对较慢的柴油车中,采用PTC加热....
的头像 安森美半导体 发表于 04-26 11:19 755次 阅读
正温系数(PTC)加热器的应用及其它汽车应用产品详解介绍

铂金钻石王老五都不如拓扑节线半金属!

随着信息通信技术的发展,自旋轨道矩器件因低功耗、亚纳秒速度的自旋操控成为研究热点。其中,强自旋轨道耦....
的头像 知社学术圈 发表于 04-20 09:04 514次 阅读
 铂金钻石王老五都不如拓扑节线半金属!

详解光学拓扑转变纳米光源调控技术

拓扑学(名词解释)是数学的一个分支,主要关注几何图形在连续形变后还能保持不变的一些性质。简单来讲,物....
的头像 芯朋微电子 发表于 04-19 11:29 416次 阅读
详解光学拓扑转变纳米光源调控技术

电源,如何选择合适主电路拓扑?

一、评估设计指标 1.输入参数:输入电压大小,交流还是直流,相数,频率等。 • 国际电压等级有单相120Vac,220Vac,230V...
发表于 04-16 09:16 1374次 阅读
电源,如何选择合适主电路拓扑?

机器学习在各领域的广泛应用以及促生其在材料领域的应用

机器学习的在各领域的广泛应用也促生其在材料领域的应用。它提供了一种革命性的工具,即能从高维数据中发现....
的头像 知社学术圈 发表于 04-12 10:19 807次 阅读
机器学习在各领域的广泛应用以及促生其在材料领域的应用

浅谈拓扑和不同端接方式

末端并联端接也用的比较多,如前文提到的T点及Fly_by拓扑,其中上拉比较常见,端接电阻通常和传输线....
的头像 电子设计 发表于 04-11 09:56 310次 阅读
浅谈拓扑和不同端接方式

分析比较三种不同的拓扑,教你如何去选择这三种拓扑?

从不同的侧重点给出了几种拓扑,将对其进行分析比较 三种拓扑有其各自的有缺点,如何来选择它们? ...
发表于 04-07 06:05 0次 阅读
分析比较三种不同的拓扑,教你如何去选择这三种拓扑?

【社区简报】张飞老师本周精选帖TOP5

导读:本期社区简报,将为您带来本周张飞老师的5篇精选技术帖。从电源拓扑选择到直流电机入门,这里有专业的技术解读,值得大家学...
发表于 03-31 15:58 889次 阅读
【社区简报】张飞老师本周精选帖TOP5

【每日分享】技术文章:设计一个电源,拓扑选择技巧(三)

2、占空度 开关变换器的变换比(输出电压与输入电压比)太大或太小是有限制的。首先,变换器占空比(开关导通时间与开关周期之比...
发表于 03-29 17:31 884次 阅读
【每日分享】技术文章:设计一个电源,拓扑选择技巧(三)

华南师范大学在铁电拓扑缺陷的导电性研究取得进展

该工作主要利用压电和导电原子力显微镜,在BiFeO3(BFO)纳米岛中观测到在四象限涡旋型和中心汇聚....
的头像 知社学术圈 发表于 03-11 15:10 493次 阅读
华南师范大学在铁电拓扑缺陷的导电性研究取得进展

无处不在的拓扑声子材料

这个研究结果十分振奋人心,这在拓扑声子领域又前进了一大步。2018年以来,科学家预测的拓扑声子材料只....
的头像 知社学术圈 发表于 03-01 11:38 749次 阅读
无处不在的拓扑声子材料

如果随便选择一个拓扑,可能一开始就宣布新电源设计的失败

如果输出与输入共地,则可以采用非隔离的Buck,Boost共地变换器。这些电路结构简单,元器件少。如....
的头像 白话通信 发表于 02-26 15:09 591次 阅读
如果随便选择一个拓扑,可能一开始就宣布新电源设计的失败

TOSCA Structure拓扑优化从入门到精通

  前言:TOSCA Structure软件概述 为了适应愈加残酷的市场竞争环境以及工业产品技术发展....
的头像 FPGA自习室 发表于 01-18 17:53 1395次 阅读
TOSCA Structure拓扑优化从入门到精通

氧化镍超导体完成首次详细电子研究

  你还记得2019年8月我们“博科园”报道与解析的:第一种显示出明显超导迹象的氧化镍材料被发现吗?....
的头像 芯朋微电子 发表于 01-06 11:41 905次 阅读
氧化镍超导体完成首次详细电子研究

基于零电压开关谐振型控制器MC34067实现X射线机的方案设计

因为升压变压器的次级绕组与初级绕组间变比大,在初级侧的等效漏感、分布电容等参数较大,不能忽视高压变压....
的头像 电子设计 发表于 12-17 10:05 2059次 阅读
基于零电压开关谐振型控制器MC34067实现X射线机的方案设计

科学家在极端高压下生成首个室温超导体

科学家创造出了一种非常神秘的材料,这种材料似乎能在最高15°C的室温下实现超导,创下了超导性的一个新....
的头像 如意 发表于 12-03 16:14 555次 阅读
科学家在极端高压下生成首个室温超导体

东京大学研究员用第五种物质形态制造出新型超导体首次成功

据外媒New Atlas报道,超导体--电流在其中无任何阻力地流动的材料--对未来的电子学非常有用。....
的头像 工程师邓生 发表于 11-09 17:33 707次 阅读
东京大学研究员用第五种物质形态制造出新型超导体首次成功

美国科学家们创造了一种氢化物材料,它竟然能在15°C的温度下无电阻地导电!

上述所说的超导,是指超级导电——超导体或超导材料在某一温度下电阻为零。但严格来讲,只有同时具有上述零....
的头像 机器人大讲堂 发表于 10-20 10:37 1147次 阅读
美国科学家们创造了一种氢化物材料,它竟然能在15°C的温度下无电阻地导电!

室温超导材料:将改变我们所知道的世界

美国罗彻斯特大学的工程师和物理学家利用氢气在极高的压力下压缩成简单的固体分子,首次创造出了在室温下具....
的头像 工程师邓生 发表于 10-19 16:05 1097次 阅读
室温超导材料:将改变我们所知道的世界

车载充电器设计的各种拓扑结构和技术分析

实现功率因数校正功能的最简单拓扑是使用简单的boost转换器拓扑,如图1所示。这种拓扑结构也被称为经....
的头像 牵手一起梦 发表于 10-14 15:33 2464次 阅读
车载充电器设计的各种拓扑结构和技术分析

太阳能逆变器的典型架构及原理说明

通常把沟通电能改换成直流电能的进程称之为整流,相控整流是最多见的交-直流改换进程;而把直流电能改换成....
的头像 电子魔法师 发表于 09-24 11:44 1159次 阅读
太阳能逆变器的典型架构及原理说明

生态流量监测系统的结构组成、功能特点及实现设计

生态流量监管是保障下游河流的生态用水需求的重要举措之一。生态流量监测系统综合运用物联网、地理信息系统....
的头像 牵手一起梦 发表于 09-01 16:18 1480次 阅读
生态流量监测系统的结构组成、功能特点及实现设计

非反向降压-升压转换器的拓扑结构和如何实现应用设计

降压-升压转换器被广泛应用于工业用个人计算机 (IPC),销售点 (POS) 系统,和汽车启停系统。....
发表于 08-30 13:42 474次 阅读
非反向降压-升压转换器的拓扑结构和如何实现应用设计

基于GaAs工艺技术实现可变增益功率放大器MMIC的设计和应用分析

根据电压控制增益电路理论及放大器设计原理,设计制作了一种基于GaAs工艺的可变增益功率放大器单片微波....
发表于 08-28 14:03 364次 阅读
基于GaAs工艺技术实现可变增益功率放大器MMIC的设计和应用分析

有源滤波器的幅频响应特性、电路拓扑结构和实现设计

有源滤波器是测试测量电路中经常会使用到的电路,大家也经常会看到诸哪MFB滤波器,巴特沃斯滤波器,等各....
发表于 08-26 16:54 1506次 阅读
有源滤波器的幅频响应特性、电路拓扑结构和实现设计

高速电流反馈运算放大器的拓扑结构及如何实现电流开关设计

现在,我们将详细考察高速运算放大器中非常流行的电流反馈(CFB)运算放大器拓扑结构。如前所述,电路概....
发表于 08-26 16:22 378次 阅读
高速电流反馈运算放大器的拓扑结构及如何实现电流开关设计

新型BOOST-BUCK电路拓扑采用恒占空比方法实现功率因数校正

目前,功率因数校正问题是许多电器设备都需要解决的问题。对此,人们提出了许多的电路拓扑和控制方案来解决....
发表于 08-07 15:05 817次 阅读
新型BOOST-BUCK电路拓扑采用恒占空比方法实现功率因数校正

二维反常金属态是否存在一直是凝聚态物理领域的核心问题

二维晶态超导体是凝聚态物理和材料科学的新兴前沿研究方向。2016年液态栅极技术发明人日本东京大学的I....
发表于 07-08 09:30 492次 阅读
二维反常金属态是否存在一直是凝聚态物理领域的核心问题

智能配电柔性多状态开关技术、装备及示范应用的使用和说明

  柔性多状态开关是解决当前配电网所面临的用电需求多样化、分布式电源接入规模化、潮流协调控制复杂化等....
发表于 07-06 15:50 472次 阅读
智能配电柔性多状态开关技术、装备及示范应用的使用和说明

电源知识:从Buck-Boost到Flyback

为了分析 flyback 电路,我们从 flyback 的源头开始说吧。Flyback 是从最基本的....
的头像 MCU开发加油站 发表于 07-05 10:22 1791次 阅读
电源知识:从Buck-Boost到Flyback

各种电源拓扑结构的区别

反激式开关电源在瞬态控制方面也比较差,这是由于反激式电源只是在开关关断的时候才会向负载提供能量输出,....
发表于 07-03 17:28 778次 阅读
各种电源拓扑结构的区别

磁通漩涡中可形成Majorana零能模

拓扑超导态是物质的一种新状态, 其表面存在受拓扑保护的金属态,而在其内部则是超导态。当其处于外磁场中....
的头像 lhl545545 发表于 06-09 09:07 923次 阅读
磁通漩涡中可形成Majorana零能模

对称性和空间维度可对具有能隙的物态进行拓扑分类

拓扑材料具有拓扑保护的物理性质,不受杂质、缺陷等因素的影响,因而在低能耗、高速响应器件,量子计算等领....
的头像 lhl545545 发表于 06-09 08:27 1084次 阅读
对称性和空间维度可对具有能隙的物态进行拓扑分类

中科大首次发现拓扑外尔半导体,为新型拓扑半导体器件设计提供新思路

5月17日消息,从中国科大获悉,该校合肥微尺度物质科学国家研究中心曾长淦教授研究组与王征飞教授研究组....
的头像 牵手一起梦 发表于 05-18 14:26 2051次 阅读
中科大首次发现拓扑外尔半导体,为新型拓扑半导体器件设计提供新思路

同步RS485总线数据通信控制器的设计及在系统中的应用研究

在分布式系统中,多机相互通信是比较常见的一种方式,而通信的关键不仅是能够传输数据,更重要的是能够准确....
发表于 05-03 11:12 833次 阅读
同步RS485总线数据通信控制器的设计及在系统中的应用研究

超导体的临界条件_超导体的分类

本文首先介绍了超导体的临界条件,其次介绍了超导体的分类,最后介绍了超导体用途。
发表于 04-30 09:30 3027次 阅读
超导体的临界条件_超导体的分类

超导体的定义_超导体的作用

超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。
发表于 04-30 09:23 3671次 阅读
超导体的定义_超导体的作用

超导体的基本特性_超导体在生活中的应用

本文主要介绍了超导体的基本特性及超导体在生活中的应用。
发表于 04-30 09:15 3780次 阅读
超导体的基本特性_超导体在生活中的应用

适合于高功率放大器系统的单元拓扑和数字控制原理研究

功率放大器在音频功放、发射系统、伺服系统、声纳探测、振动测试等很多领域都得到广泛的应用。传统的功率放....
发表于 04-19 18:33 442次 阅读
适合于高功率放大器系统的单元拓扑和数字控制原理研究

汽车内部照明LED驱动结构与拓扑结构的分析

LED正在被许多汽车照明系统所使用。正是由于LED具有尺寸小、效率高的优点,使之适用于车内照明。因此....
发表于 04-18 10:05 674次 阅读
汽车内部照明LED驱动结构与拓扑结构的分析

基于K-MST拓扑控制算法的异构传感器网络多簇点简化研究

在无线传感器网络拓扑控制算法的研究中,利用简化冗余路径可以降低通信干扰,减少能量消耗,并且延长网络生....
发表于 04-12 18:17 573次 阅读
基于K-MST拓扑控制算法的异构传感器网络多簇点简化研究

意法半导体推出VIPer222控制器,可用于多种主流转换器拓扑

中国,2020年4月7日——意法半导体的VIPer222控制器可用于高达8W的高压电源转换器,具有体....
的头像 牵手一起梦 发表于 04-07 15:21 1516次 阅读
意法半导体推出VIPer222控制器,可用于多种主流转换器拓扑