Majorana bound states: from minimal Kitaev chains to long hybrid nanowires (2025)
- Authors:
- Autor USP: DOURADO, RODRIGO DE ABREU - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCI
- DOI: 10.11606/T.76.2025.tde-22042025-090816
- Subjects: FÍSICA TEÓRICA; FUNÇÕES DE GREEN
- Keywords: Conductance; Condutância; Disorder; Estados ligados de Majorana; Estatística não-Abeliana; Majorana bound states; Matriz S; Non-Abelian anyons; Scattering matrix
- Language: Inglês
- Abstract: A realização experimental de excitações não-abelianas conhecidas como estados ligados de Majorana (MBSs) em supercondutores topológicos representará um marco no caminho para a computação quântica livre de decoerência. Até o momento, no entanto, nenhuma observação conclusiva de MBSs foi feita. Neste trabalho, abordamos alguns dos principais desafios em duas das plataformas onde se prevê o surgimento de MBSs: (i) nanofios híbridos semicondutor-supercondutor longos e (ii) arranjos de pontos quânticos (QDs) acoplados via supercondutores. Para a configuração (i), propomos um método para distinguir entre fases triviais e topológicas. Investigamos a condutância local, obtida via o formalismo da matriz de espalhamento na representação de Bogoliubov-de Gennes, para um nanofio cujos acoplamentos com os contatos esquerdo e direito são assimétricos. A fase topológica pode ser detectada verificando uma supressão correlacionada das condutâncias locais esquerda e direita ao desconectar um dos contatos. Fornecemos simulações com parâmetros realistas, incluindo o comprimento do nanofio, desordem e temperatura eletrônica, e mostramos que a supressão prevista da condutância pode ser observada em experimentos atuais. Na configuração (ii), arranjos de QDs emulam o modelo de Kitaev. Em sua forma mínima, uma cadeia de Kitaev de 2 sítios pode hospedar excitações de energia zero que compartilham a maioria das características dos MBSs em pontos discretos (sweet spots) no espaço de parâmetros. Devidoà falta de proteção, essas excitações são comumente conhecidas como estados Poor mans Majorana bound states (PMMs). Investigamos uma transição entre PMMs e MBSs à medida que adicionamos gradualmente sítios à cadeia de Kitaev. Mostramos que a convergência de soluções de energia zero em um sweet spot de 2 sítios dá origem a uma ilha topológica, dentro da qual as excitações possuem energia estritamente zero e são robustas contra desordem. Propomos sondar as soluções de energia zero acoplando lateralmente um QD à cadeia de Kitaev e medindo a condutância em zero-bias através do QD. Este trabalho representa um avanço significativo em direção à observação conclusiva de MBSs, ao abordar desafios cruciais nas duas principais propostas em investigação nos experimentos atuais
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 04.02.2025
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
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-
ABNT
DOURADO, Rodrigo de Abreu. Majorana bound states: from minimal Kitaev chains to long hybrid nanowires. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-22042025-090816/. Acesso em: 13 abr. 2026. -
APA
Dourado, R. de A. (2025). Majorana bound states: from minimal Kitaev chains to long hybrid nanowires (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-22042025-090816/ -
NLM
Dourado R de A. Majorana bound states: from minimal Kitaev chains to long hybrid nanowires [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 13 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-22042025-090816/ -
Vancouver
Dourado R de A. Majorana bound states: from minimal Kitaev chains to long hybrid nanowires [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 13 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-22042025-090816/ - The superradiance-superabsorption interplay and a PT-symmetric harmonic oscillator with complex frequency
- Measuring coherence factors of states in superconductors through local current
- Majorana sweet spots in three-site Kitaev chains
- Nonlocality of local Andreev conductances as a probe for topological Majorana wires
- Superradiance, superabsorption and radiation-matter excitation interplay
- Two-site Kitaev sweet spots evolving into topological islands
- Nonlocality of local Andreev conductances as a probe for topological Majorana wires
- Unveiling Majorana oscillations with temperature effects
- A time-dependent pseudo-Hermitian Hamiltonian for a cavity mode with pure imaginary frequency
- Coherent many-body Rabi oscillations via superradiance and superabsorption and the mean-field approach for a superradiant laser
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