Abstract
Majorana fermion (MF), an exotic particle that is identical to its own antiparticle, was recently found in solid matter as a quasiparticle excitation, the Majorana zero mode (MZM), in the vortex of an artificial topological superconductor (TSC). This artificial TSC, first proposed by Fu and Kane in 2008, is a heterostructure made of a topological insulator Bi2Te3 and an s-wave superconductor NbSe2. This paper will briefly review the experimental progresses based on the Bi2Te3/NbSe2 heterostructure. All evidences are self-consistent and reveal that the MZM exists in the center of vortex. Those experimental results are also supported by theory. This finding is a milestone in the research of Majorana fermions in solid state physics and a starting point of MZM’s application in topological quantum computation.
Similar content being viewed by others
References
E. Majorana, Nuovo Cim 14, 171 (1937).
F. T. Avignone III, S. R. Elliott, and J. Engel, Rev. Mod. Phys. 80, 481 (2008), arXiv: 0708.1033.
F. Wilczek, Nat. Phys. 5, 614 (2009).
A. A. Abrikosov, Sov. Phys. JETP-USSR, 5, 1174 (1957).
C. Nayak, S. H. Simon, A. Stern, M. Freedman, and S. Das Sarma, Rev. Mod. Phys. 80, 1083 (2008), arXiv: 0707.1889.
S. Das Sarma, C. Nayak, and S. Tewari, Phys. Rev. B 73, 220502 (2006).
M. Z. Hasan, and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010), arXiv: 1002.3895.
X. L. Qi, and S. C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 83, 1057 (2011), arXiv: 1008.2026.
L. Fu, and C. L. Kane, Phys. Rev. Lett. 100, 096407 (2008), arXiv: 0707.1692.
W. L. McMillan, Phys. Rev. 175, 537 (1968).
R. M. Lutchyn, J. D. Sau, and S. Das Sarma, Phys. Rev. Lett. 105, 077001 (2010), arXiv: 1002.4033.
A. Das, Y. Ronen, Y. Most, Y. Oreg, M. Heiblum, and H. Shtrikman, Nat. Phys. 8, 887 (2012), arXiv: 1205.7073.
M. T. Deng, C. L. Yu, G. Y. Huang, M. Larsson, P. Caroff, and H. Q. Xu, Nano Lett. 12, 6414 (2012).
V. Mourik, K. Zuo, S. M. Frolov, S. R. Plissard, E. P. A. M. Bakkers, and L. P. Kouwenhoven, Science 336, 1003 (2012), arXiv: 1204.2792.
M. X. Wang, C. Liu, J. P. Xu, F. Yang, L. Miao, M. Y. Yao, C. L. Gao, C. Shen, X. Ma, X. Chen, Z. A. Xu, Y. Liu, S. C. Zhang, D. Qian, J. F. Jia, and Q. K. Xue, Science 336, 52. (2012), arXiv: 1112.1772.
A. D. K. Finck, D. J. Van Harlingen, P. K. Mohseni, K. Jung, and X. Li, Phys. Rev. Lett. 110, 126406 (2013), arXiv: 1212.1101.
S. Nadj-Perge, I. K. Drozdov, J. Li, H. Chen, S. Jeon, J. Seo, A. H. MacDonald, B. A. Bernevig, and A. Yazdani, Science 346, 602 (2014), arXiv: 1410.0682.
J. P. Xu, C. Liu, M. X. Wang, J. Ge, Z. L. Liu, X. Yang, Y. Chen, Y. Liu, Z. A. Xu, C. L. Gao, D. Qian, F. C. Zhang, and J. F. Jia, Phys. Rev. Lett. 112, 217001 (2014), arXiv: 1312.3713.
A. Haim, E. Berg, F. von Oppen, and Y. Oreg, Phys. Rev. Lett. 114, 166406 (2015), arXiv: 1411.0673.
J. P. Xu, M. X. Wang, Z. L. Liu, J. F. Ge, X. Yang, C. Liu, Z. A. Xu, D. Guan, C. L. Gao, D. Qian, Y. Liu, Q. H. Wang, F. C. Zhang, Q. K. Xue, and J. F. Jia, Phys. Rev. Lett. 114, 017001 (2015), arXiv: 1312.7110.
H. H. Sun, K. W. Zhang, L. H. Hu, C. Li, G. Y. Wang, H. Y. Ma, Z. A. Xu, C. L. Gao, D. D. Guan, Y. Y. Li, C. Liu, D. Qian, Y. Zhou, L. Fu, S. C. Li, F. C. Zhang, and J. F. Jia, Phys. Rev. Lett. 116, 257003 (2016), arXiv: 1603.02549.
H. Zhang, C. X. Liu, X. L. Qi, X. Dai, Z. Fang, and S. C. Zhang, Nat. Phys. 5, 438 (2009).
Y. Xia, D. Qian, D. Hsieh, L. Wray, A. Pal, H. Lin, A. Bansil, D. Grauer, Y. S. Hor, R. J. Cava, and M. Z. Hasan, Nat. Phys. 5, 398 (2009), arXiv: 0908.3513.
Y. L. Chen, J. G. Analytis, J. H. Chu, Z. K. Liu, S. K. Mo, X. L. Qi, H. J. Zhang, D. H. Lu, X. Dai, Z. Fang, S. C. Zhang, I. R. Fisher, Z. Hussain, and Z. X. Shen, Science 325, 178 (2009).
C. L. Song, Y. L. Wang, Y. P. Jiang, Y. Zhang, C. Z. Chang, L. Wang, K. He, X. Chen, J. F. Jia, Y. Wang, Z. Fang, X. Dai, X. C. Xie, X. L. Qi, S. C. Zhang, Q. K. Xue, and X. Ma, Appl. Phys. Lett. 97, 143118 (2010), arXiv: 1007.0809.
S. Beaupré, P. L. T. Boudreault, and M. Leclerc, Adv. Mater. 22, E6 (2010).
L. He, F. Xiu, Y. Wang, A. V. Fedorov, G. Huang, X. Kou, M. Lang, W. P. Beyermann, J. Zou, and K. L. Wang, J. Appl. Phys. 109, 103702 (2011).
X. Liu, D. J. Smith, H. Cao, Y. P. Chen, J. Fan, Y. H. Zhang, R. E. Pimpinella, M. Dobrowolska, and J. K. Furdyna, J. Vacuum Sci. Tech. B 30, 02B103 (2012).
M. X. Wang, P. Li, J. P. Xu, Z. L. Liu, J. F. Ge, G. Y. Wang, X. Yang, Z. A. Xu, S. H. Ji, C. L. Gao, D. Qian, W. Luo, C. Liu, and J. F. Jia, New J. Phys. 16, 123043 (2014).
S. Y. Xu, N. Alidoust, I. Belopolski, A. Richardella, C. Liu, M. Neupane, G. Bian, S. H. Huang, R. Sankar, C. Fang, B. Dellabetta, W. Dai, Q. Li, M. J. Gilbert, F. Chou, N. Samarth, and M. Z. Hasan, Nat. Phys. 10, 943 (2014), arXiv: 1410.5405.
C. Caroli, P. G. De Gennes, and J. Matricon, Phys. Lett. 9, 307 (1964).
R. G. Mints, and A. L. Rachmanov, Solid State Commun. 16, 747 (1975).
Y. E. Kraus, A. Auerbach, H. A. Fertig, and S. H. Simon, Phys. Rev. Lett. 101, 267002 (2008), arXiv: 0811.2557.
R. S. Akzyanov, A. V. Rozhkov, A. L. Rakhmanov, and F. Nori, Phys. Rev. B 89, 085409 (2014), arXiv: 1307.0923.
J. D. Sau, R. M. Lutchyn, S. Tewari, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B 82, 094522 (2010), arXiv: 0912.4508.
Z. Z. Li, F. C. Zhang, and Q. H. Wang, Sci. Rep. 4, 6363 (2014).
T. Kawakami, and X. Hu, Phys. Rev. Lett. 115, 177001 (2015), arXiv: 1506.03194.
J. J. He, T. K. Ng, P. A. Lee, and K. T. Law, Phys. Rev. Lett. 112, 037001 (2014), arXiv: 1309.1528.
G. E. Blonder, M. Tinkham, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. B 25, 4515 (1982).
M. Bode, Rep. Prog. Phys. 66, 523 (2003).
R. Wiesendanger, Rev. Mod. Phys. 81, 1495 (2009).
D. A. Ivanov, Phys. Rev. Lett. 86, 268 (2001).
L. A. Landau, S. Plugge, E. Sela, A. Altland, S. M. Albrecht, and R. Egger, Phys. Rev. Lett. 116, 050501 (2016), arXiv: 1509.05345.
S. Vijay, T. H. Hsieh, and L. Fu, Phys. Rev. X 5, 041038 (2015), arXiv: 1504.01724.
S. Vijay, and L. Fu, Phys. Scr. T168, 014002 (2016), arXiv: 1509.08134.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Sun, HH., Jia, JF. Majorana zero mode in the vortex of an artificial topological superconductor. Sci. China Phys. Mech. Astron. 60, 057401 (2017). https://doi.org/10.1007/s11433-017-9011-7
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-017-9011-7