双层石墨烯畴壁中强健超导电性的量子霍尔机制

为了将超导和量子霍尔效应结合起来，人们做了大量的工作，使得约瑟夫森结中超导电极之间的库珀对输运由一维边缘态介导。这种研究源自于发现新物理的前景，包括拓扑保护的准粒子，同时也扩展到计量学和器件应用中。到目前为止，通过量子霍尔导体实现可探测的超流已经被证明是具有挑战性的。

基于此，曼彻斯特大学Julien Barrier、Na Xin、Na Xin等人证明了极小扭曲的双层石墨烯中的畴壁在量子霍尔机制中支持异常强健的邻近超导电性，允许约瑟夫森结在接近超导电极上临界场的场中运行。研究表明AB/BA畴壁在支持量子霍尔体系中的安德烈夫束缚态方面具有独特的能力。这些壁允许达到接近理论极限的高临界电流，并且由于壁内电子态的严格一维性质，实际上与B无关。发现临界电流在整个量子化场范围内是无振荡的和几乎不变的，其值受弹道的量子电导的限制，严格的一维电子通道存在于畴壁中。所描述的系统在量化场中支持Andreev束缚态的能力是独特的，并为进一步的探索提供了许多有趣的方向。

MTGBs中包含畴壁的约瑟夫森结

本工作所研究的器件由最小扭曲石墨烯双层 (MTGB) 制成，作者研究了八个器件，每个器件包含三到七个MTGB结。约瑟夫森结采用有边和无边两种几何形状。除了成像之外，还采用正常态电子传输来评估所检查的约瑟夫森结内的 NDW。结果表明，具有畴壁的器件表现出有限的零ν电导，其值弱依赖于T并且每个畴壁接近4e2/h。

图1 MTGBs中包含畴壁的约瑟夫森结

超电流检测

接着，作者重点研究了量子霍尔体系中出现的临近超导性。结果表明每个带有畴壁的约瑟夫森结都表现出邻近超导性，该超导性深入到量子霍尔区域，并且可以在大约1 T内接近Hc2，这表明畴壁为库珀对传输提供了异常强大的通道。将约瑟夫森结与不同的 NDW 进行比较，发现每个畴壁通常可以承载大约 10nA 的超电流。对于具有单畴壁的约瑟夫森结，邻近超导性不仅持续深入到量子霍尔区域，而且还表现出行为的质变。

图2 不同数量畴壁的量子霍尔体系中的超电流

一维临近超导性的影响因素

最后，作者讨论了载流子密度n如何影响一维邻近超导性。在低B值时，无论有或没有磁畴壁，所有的约瑟夫森结的n依赖性都相似。与之前使用单层石墨烯制成的约瑟夫森结的报告相比，唯一显着的区别是该设备中几乎不存在法布里-珀罗振荡。双层约瑟夫森结的二维-三维界面是相当透明的，即使有空穴掺杂，仅在零B附近引起微弱的法布里-珀罗振荡。

图3 单畴壁提供的超电流中的法布里-珀罗振荡

审核编辑：黄飞