Gate-defined wires in twisted bilayer graphene: From electrical detection of intervalley coherence to internally engineered Majorana modes

物理 马约拉纳 凝聚态物理 双层石墨烯 配对 超导电性 量子位元 拓扑绝缘体 连贯性(哲学赌博策略) 库珀对 拓扑(电路) 量子力学 石墨烯 量子 数学 组合数学
作者
Alex Thomson,Ina Sorensen,Stevan Nadj-Perge,Jason Alicea
出处
期刊:Physical review 卷期号:105 (8) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.l081405
摘要

Twisted bilayer graphene (TBG) realizes a highly tunable, strongly interacting system featuring superconductivity and various correlated insulating states. We establish gate-defined wires in TBG with proximity-induced spin-orbit coupling as $(i)$ a tool for revealing the nature of correlated insulators and $(ii)$ a platform for Majorana-based topological qubits. In particular, we show that the band structure of a gate-defined wire immersed in an `inter-valley coherent' correlated insulator inherits electrically detectable fingerprints of symmetry breaking native to the latter. Surrounding the wire by a superconducting TBG region on one side and an inter-valley coherent correlated insulator on the other further enables the formation of Majorana zero modes--possibly even at zero magnetic field depending on the precise symmetry-breaking order present. Our proposal not only introduces a highly gate-tunable topological qubit medium relying on internally generated proximity effects, but can also shed light on the Cooper-pairing mechanism in TBG.
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