拓扑超导体可以在其边界上支持局域Majorana态。这些准粒子激发遵循非阿贝尔统计，可以用拓扑保护的方式编码和操纵量子信息。虽然Majorana边界态的特征在一维系统中已经被观测到，但目前人们正在努力寻找不需要微调参数、并且可以轻松地扩展到大量状态的替代平台。有鉴于此，哈佛大学Amir Yacoby团队提出了一种实验方法用于Majorana边界态的二维构筑。
作者采用与薄膜Al耦合的HgTe量子阱形成的Josephson结（超导隧道结），通过控制横跨结的相位差以及施加面内磁场，能够调节平凡-拓扑超导态之间的转变。通过测量结边缘的隧穿电导来确定产生的超导体的拓扑状态。弱磁场下，隧穿谱零偏置处存在极小值，与平凡超导体一致。然而，随着磁场增强，隧穿电导出现一个零偏峰（零偏置处极大值），这种零偏峰持续存在于一系列相位差范围内，该相位差随磁场的增大而系统地扩大。观测结果与对该系统的理论预测相一致，且与对具有相似尺寸和参数的模型系统进行的全量子力学数值模拟相一致。作者认为，此工作为在二维系统中实现拓扑超导性，创建和操纵Majorana模，以及探测拓扑超导相提供了一个很有前途的平台。
                                             
图1. 相位控制的Josephson结中的拓扑转变。
图2. 弱/强磁场下隧穿电导的相位调制。
Hechen Ren, Falko Pientka, Sean Hart, Andrew T. Pierce, Michael Kosowsky, Lukas Lunczer, Raimund Schlereth, Benedikt Scharf, Ewelina M. Hankiewicz, Laurens W. Molenkamp, Bertrand I. Halperin & Amir Yacoby. Topological superconductivity in a phase-controlled Josephson junction. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1148-9
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1148-9