研究透视：Nature-石墨烯，约瑟夫森结的稳定Floquet–Andreev态

石墨烯，为研究Floquet物理提供了一个理想平台，因为这种低维电子系统，可以在没有屏蔽的情况下，耦合到外部电场。

通过光-物质相互作用设计量子态，创造了凝聚态物理学范例。其中代表性例子是Floquet–Bloch态，是通过时间周期性地驱动晶体中的布洛赫波函数产生的。先前在凝聚态物质系统中，实现Floquet–Bloch态受到了光脉冲产生Floquet态的瞬态性质限制，这掩盖了非平衡物理的普适性质。

今日，韩国 浦项科技大学Gil-Ho Lee，Gil Young Cho团队在Nature上发文，报道了通过连续微波应用在石墨烯约瑟夫森结a Josephson junction中，产生稳定Floquet–Andreev态，并通过超导隧道光谱直接测量其光谱。当改变超导体的相位差、温度、微波频率和功率时，对Floquet–Andreev态的光谱特性进行了定量分析。具有相位差的Floquet–Andreev态谱的振荡与理论计算一致。此外，通过建立隧道电导求和规则，证实了Floquet–Andreev态的稳定性质，并分析了Floquet态谱密度与Floquet相互作用强度的关系。该项研究，为理解和设计纳米器件中的非平衡量子态提供了基础。

Steady Floquet–Andreev states in graphene Josephson junctions

石墨烯约瑟夫森结中稳定Floquet–Andreev态。

图1：Andreev束缚态和器件几何结构示意图。

图2：F–A状态的微波功率依赖性。

图3：Floquet–Bloch态的相位和频率依赖性。

该项研究，通过连续微波辐照，在没有显著加热情况下，在约瑟夫森结a Josephson junction器件中，实现了稳定Floquet–Bloch态，并通过超导隧道谱直接测量了能谱。该项技术可用于设计稳定的手征Floquet拓扑态并研究其物理特性。以前泵浦-探测实验，通过测量能谱的非量子化、反常霍尔电导或能隙gap openings，间接说明了手征Floquet拓扑态的出现。

通过将圆极化微波照射到石墨烯上，该实验装置，可以很容易地产生稳定的手性Floquet拓扑态，并明确地验证其拓扑特征。更准确地说，Floquet–Bloch态的稳定性，将能够同时测量其能谱和时间平均霍尔电导率，后者应被量子化，从而表明拓扑结构。

该项实验设置，可以研究超导电性和手性Floquet拓扑态之间的新邻近耦合，因而，有望应用于手性Majorana模Floquet类似物平台。这种邻近耦合自然需要稳定的超导电性与恒定的驱动共存，这是以前的光域技术无法实现的。

此外，该技术不限于石墨烯，并且可以应用于其他低维拓扑材料，例如拓扑绝缘体和拓扑半金属，用于研究和设计拓扑Floquet物理。通过圆极化或准周期驱动，实现更奇特的时空驱动量子态，这之前仅在理论上追求的梦想，现在在实验上终于可以实现了。这将为设计、构建、测量和开发奇异的远离平衡量子态，开辟了新的途径，为凝聚态物质的微波工程带来新的电子器件应用。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04364-8

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04364-8

本文译自Nature。