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基于 Cd_{3}As_{2}纳米线的约瑟夫森结中表面态的 4π 超导电流。

4π-Periodic Supercurrent from Surface States in Cd_{3}As_{2} Nanowire-Based Josephson Junctions.

机构信息

Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University, Beijing 100871, China.

State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China.

出版信息

Phys Rev Lett. 2018 Dec 7;121(23):237701. doi: 10.1103/PhysRevLett.121.237701.

DOI:10.1103/PhysRevLett.121.237701
PMID:30576175
Abstract

The combination of superconductivity and surface states in Dirac semimetal can produce a 4π-periodic supercurrent in a Josephson junction configuration, which can be revealed by the missing of odd Shapiro steps (especially the n=1 step). However, the suppression of the n=1 step is also anticipated in the high-power oscillatory regime of the ordinary 2π-periodic Josephson effect, which is irrelevant to the 4π-periodic supercurrent. Here, in order to identify the origin of the suppressed n=1 step, we perform the measurements of radio frequency irradiation on Nb-Dirac semimetal Cd_{3}As_{2} nanowire-Nb junctions with continuous power dependence at various frequencies. Besides the n=1 step suppression, we uncover a residual supercurrent of first node at the n=0 step, which provides a direct and predominant signature of the 4π-periodic supercurrent. Furthermore, by tuning the gate voltage, we can modulate the surface and bulk state contribution and the visibility of the n=1 step. Our results provide deep insights to explore the topological superconductivity in Dirac semimetals.

摘要

在狄拉克半金属中,超导性和表面态的结合可以在约瑟夫森结结构中产生一个 4π 周期的超导电流,这可以通过缺失奇数 Shapiro 台阶(特别是 n=1 台阶)来揭示。然而,在普通的 2π 周期约瑟夫森效应的高功率振荡状态下,n=1 台阶也会被抑制,这与 4π 周期超导电流无关。在这里,为了确定被抑制的 n=1 台阶的来源,我们在各种频率下对具有连续功率依赖性的 Nb-狄拉克半金属 Cd_{3}As_{2}纳米线-Nb 结进行了射频辐照测量。除了 n=1 台阶抑制之外,我们还在 n=0 台阶处发现了第一节点的残余超导电流,这为 4π 周期超导电流提供了一个直接且主要的特征。此外,通过调节栅极电压,我们可以调制表面和体状态的贡献以及 n=1 台阶的可见度。我们的结果为探索狄拉克半金属中的拓扑超导性提供了深入的见解。

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