Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires.
Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires.
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DOI：
10.1038/s41467-021-21230-3
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发表时间：
2021-02-15
影响因子：
16.6
通讯作者：
Ando Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Münning F;Breunig O;Legg HF;Roitsch S;Fan D;Rößler M;Rosch A;Ando Y
三维拓扑绝缘体的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当制成纳米线时，量子限制导致了一种特殊的带隙狄拉克子带结构。该间隙可用于，例如，基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些子带可以由磁通量操纵，并且是产生稳定的Majorana零模的理想平台，在拓扑量子计算中起着关键作用。然而，到目前为止，还没有直接的证据，在TI纳米线的狄拉克子带。在这里，使用由薄的体绝缘（Bi 1 −xSbx）2Te3纳米线制成的器件，我们表明，在对狄拉克点上的化学势进行门调谐时观察到的非等距电阻峰是量子化子带的独特特征。这些TI纳米线开辟了解决拓扑介观物理学的道路，并最终通过s波超导体接近时的马约拉纳物理学。在拓扑绝缘体纳米线量子化狄拉克子带的预期，但直接的证据仍然缺乏。在这里，作者报告了通过狄拉克点调整（Bi1−xSbx）2Te3纳米线中的化学势，电阻的栅电压依赖性中的子带特征。
The non-trivial topology of three-dimensional topological insulators dictates the appearance of gapless Dirac surface states. Intriguingly, when made into a nanowire, quantum confinement leads to a peculiar gapped Dirac sub-band structure. This gap is useful for, e.g., future Majorana qubits based on TIs. Furthermore, these sub-bands can be manipulated by a magnetic flux and are an ideal platform for generating stable Majorana zero modes, playing a key role in topological quantum computing. However, direct evidence for the Dirac sub-bands in TI nanowires has not been reported so far. Here, using devices fabricated from thin bulk-insulating (Bi1−xSbx)2Te3 nanowires we show that non-equidistant resistance peaks, observed upon gate-tuning the chemical potential across the Dirac point, are the unique signatures of the quantized sub-bands. These TI nanowires open the way to address the topological mesoscopic physics, and eventually the Majorana physics when proximitized by an s-wave superconductor. In topological insulator nanowires quantized Dirac sub-bands are expected, but direct evidence is still missing. Here, the authors report signatures of sub-bands in the gate-voltage dependence of the resistance by tuning the chemical potential in (Bi1−xSbx)2Te3 nanowires through the Dirac point.
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