論文の概要: Enhanced and modulable induced superconducting gap and effective Landé g-factor in Pb-InSb hybrid devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.03563v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 04:27:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:14.150512
• Title: Enhanced and modulable induced superconducting gap and effective Landé g-factor in Pb-InSb hybrid devices
• Title（参考訳）: Pb-InSbハイブリッドデバイスにおける強化・変調可能な超伝導ギャップと有効Landé g-factor
• Authors: Guoan Li, Xiaofan Shi, Ziwei Dou, Guang Yang, Jiayu Shi, Marco Rossi, Ghada Badawy, Yuxiao Song, Ruixuan Zhang, Yupeng Li, Zhiyuan Zhang, Anqi Wang, Xingchen Guo, Xiao Deng, Bingbing Tong, Peiling Li, Zhaozheng Lyu, Guangtong Liu, Fanming Qu, Erik P. A. M. Bakkers, Michał P. Nowak, Paweł Wójcik, Li Lu, Jie Shen,
• Abstract要約: 鉛(Pb)をベースとしたハイブリッド量子デバイスは, 極めて大きく, 硬く近接的に誘導される超伝導ギャップを示す。 これらの結果はPb系ハイブリッドシステムの優れた機能を示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.425902886527076
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The hybrid system of a conventional superconductor (SC) on a semiconductor (SM) nanowire with strong spin-orbit coupling (SOC) represents a promising platform for achieving topological superconductivity and Majorana zero modes (MZMs) towards topological quantum computation. While aluminum (Al)-based hybrid nanowire devices have been widely utilized, their limited superconducting gap and intrinsic weak SOC as well as small Land\'e g-factor may hinder future experimental advancements. In contrast, we demonstrate that lead (Pb)-based hybrid quantum devices exhibit a remarkably large and hard proximity-induced superconducting gap, exceeding that of Al by an order of magnitude. By exploiting electrostatic gating to modulate wavefunction distribution and SC-SM interfacial coupling, this gap can be continuously tuned from its maximum value (~1.4 meV, matching the bulk Pb gap) down to nearly zero while maintaining the hardness. Furthermore, magnetic-field-dependent measurements reveal a radial evolution of the gap structure with anti-crossing feature, indicative of strong SOC and huge effective g-factors up to 76. These findings underscore the superior functionality of Pb-based hybrid systems, significantly advancing their potential for realizing and stabilizing MZMs and the further scalable topological quantum architectures.
• Abstract（参考訳）: 強いスピン軌道結合(SOC)を持つ半導体(SM)ナノワイヤ上の従来の超伝導体(SC)のハイブリッドシステムは、トポロジカル量子計算に向けたトポロジカル超伝導とマヨラナゼロモード(MZM)を実現するための有望なプラットフォームである。 アルミニウム(Al)ベースのハイブリッドナノワイヤデバイスは広く利用されているが、超伝導ギャップと固有の弱いSOCと小さなLand\'e g-factorは将来の実験的進歩を妨げる可能性がある。 対照的に、鉛(Pb)をベースとしたハイブリッド量子デバイスは、非常に大きく、硬く近接的に誘導される超伝導ギャップを示し、Alを桁違いに上回っている。 静電ゲーティングを用いて波動関数分布とSC-SM界面結合を変調することにより、このギャップは、その最大値(~1.4 meV、バルクPbギャップと一致する)から、硬さを維持しながらほぼゼロに連続的に調整することができる。 さらに、磁場依存性の測定では、強いSOCと76までの大きな有効g因子を示す反交差特性を持つギャップ構造の半径進化が示される。 これらの結果は、Pbベースのハイブリッドシステムの優れた機能を強調し、MZMとよりスケーラブルなトポロジカル量子アーキテクチャの実現と安定化の可能性を著しく向上させた。

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