Quasi-Majoranas in inhomogeneous full-shell hybrid nanowires
Cesár Robles Montero (Universidad Autónoma de Madrid). Tutora: Elsa Prada.
El descubrimiento de nuevas fases de la materia, referidas como fases topológicas, ha sido uno de los grandes avances recientes en el campo de la física de la materia condensada. Uno de los estados de frontera topológicos con más aplicaciones tecnológicas son los llamados modos de Majorana. Son estados electrónicos emergentes que, en su descripción de quasipartícula, son iguales a su propia antipartícula. Esta es la condición de auto-realidad descrita por el físico italiano Ettore Majorana cuando estudiaba la ecuación de Dirac para un nuevo tipo de partículas elementales.
Por su simplicidad, versatilidad y accesibilidad en múltiples laboratorios de investigación del mundo, una de las plataformas más estudiadas en la búsqueda de modos de Majorana es la de nanohilos híbridos. Están formados por materiales semiconductores con fuerte acoplo espín-´orbita en contacto con superconductores convencionales. En presencia de un campo Zeeman (un campo magnético) externo suficientemente intenso, se ha predicho que aparecen estados de Majorana a energ´ıa cero detectables en experimentos de espectroscopía túnel. Una propiedad importante de estos estados es su resiliencia a perturbaciones locales, consecuencia de su protección topológica. Esto los hace candidatos ideales para la computación cuántica tolerante a fallos.
Sin embargo, la detección inequívoca de los modos de Majorana sigue abierta a debate hoy en d´ıa. Uno de los motivos es que se ha visto que existen estados no topológicos (o triviales) a energía cero que imitan todas las señales experimentales de los modos de Majorana accesibles localmente [Fig. 1(b)]. Son los llamados modos de cuasi-Majorana. En particular, los modos de cuasi-Majorana aparecen cuando existen homogeneidades suaves del potencial electrost´atico a lo largo del hilo, una fuente común de desorden en nahohilos realistas.
Una nanoestructura alternativa reciente, candidata a presentar modos de Majorana y con ventajas respecto a diseños anteriores, es la de los nanohilos encapsulados, más conocidos como nanohilos full-shell. En este caso el superconductor rodea por completo al semiconductor [Fig. 1(c)] y, por su geometría, su fenomenología es muy distinta a la que presentan los nanohilos parcialmente cubiertos. En concreto, la transición topológica se produce debido a un Zeeman efectivo que depende del flujo magnético.
En este trabajo, ampliamos el estudio teórico de los nanohilos full-shell a˜nadiendo por primera vez desorden en forma de un perfil electrostático no homogéneo y suave a lo largo del hilo. Como en los nanohilos de cobertura parcial, encontramos que aparecen modos de cuasi-Majorana, pero sólo en aproximadamente la mitad del espacio de parámetros topológicos [Fig. 1(a)]. En la otra mitad, los tan ansiados modos de Majorana no se destruyen ni se confunden con modos triviales, pero se esconden dentro del hilo, localizándose en los defectos suaves.
