近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心國際功能材料量子設(shè)計中心(ICQD)張振宇研究組在拓?fù)淞孔硬牧涎芯恐腥〉眯逻M展，為在二維平臺上實現(xiàn)手性拓?fù)涑瑢?dǎo)體并進一步探測與編織馬約拉納費米子提供了理論基礎(chǔ)與可行性體系。該研究成果以Chiral topological superconductivity arising from the interplay of geometric phase and electron correlation 為題，5月6日在線發(fā)表于國際期刊《自然-物理》（Nature Physics，DOI: 10.1038/s41567-019-0517-5）。論文三位作者中的前兩位是ICQD博士后秦維與博士生李磊強。

　　馬約拉納費米子的概念源于粒子物理，1937年由馬約拉納提出，其主要特征是自身為自己的反粒子。但歷經(jīng)幾十年的研究，粒子物理中是否真的存在馬約拉納費米子仍無定論。近年來，凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的理論學(xué)家預(yù)言拓?fù)涑瑢?dǎo)體中的元激發(fā)或缺陷態(tài)具有馬約拉納費米子的特征；尤為重要的是，馬約拉納費米子遵從非阿貝爾統(tǒng)計，可作為理想組成單元實現(xiàn)容錯拓?fù)淞孔佑嬎悖蚨诋?dāng)今凝聚態(tài)與量子信息領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。實現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體的理論方案主要有兩類，一類是基于近鄰效應(yīng)，在常規(guī)超導(dǎo)體和拓?fù)浣^緣體組成的異質(zhì)結(jié)界面實現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)；另一類是實現(xiàn)本征拓?fù)涑瑢?dǎo)，如通過適當(dāng)?shù)負(fù)诫s將拓?fù)浣^緣體或拓?fù)淦接沟某瑢?dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)橥負(fù)涑瑢?dǎo)體。這些方案極大地鼓舞了對拓?fù)涑瑢?dǎo)體的實驗探索，然而在馬約拉納費米子的確切實驗判據(jù)上仍然存在諸多爭議。另外，在以往的理論研究中，決定非平庸拓?fù)湫缘膸缀蜗辔缓驼T導(dǎo)超導(dǎo)性的電子關(guān)聯(lián)都是以“拓?fù)?超導(dǎo)=拓?fù)涑瑢?dǎo)”的簡單疊加方式處理。從本質(zhì)上講，幾何相位和多體效應(yīng)是電子體系同時具有的兩種關(guān)聯(lián)屬性；在更深層次理解兩者之間的相互影響，對于實現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體具有重要的物理意義。

　　在當(dāng)前的工作中，該團隊首次利用泛函重整化群方法在同一基準(zhǔn)線上研究了幾何相位與電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)間的協(xié)同對體系拓?fù)湫院统瑢?dǎo)性的內(nèi)在影響。研究的核心結(jié)果是，重整化后的幾何相位流向三個穩(wěn)定不動點[圖(a)]，不僅有利于實現(xiàn)拓?fù)浞瞧接沟氖中?em>p-波或f-波超導(dǎo)態(tài)[圖(b)]，相應(yīng)的超導(dǎo)穩(wěn)定性也會顯著增強。進一步，該團隊基于第一性原理計算的結(jié)果，預(yù)言生長在Ge(111)襯底上的空穴型摻雜的單原子層 Pb₃Bi合金是一種新型二維拓?fù)涑瑢?dǎo)體系，為實驗上探索和編織馬約拉納費米子提供了更為理想的研究平臺。該工作中所借助的微觀理論模型的普適性，也將推動領(lǐng)域?qū)ふ移渌滦蜏?zhǔn)二維拓?fù)涑瑢?dǎo)體系。

　　值得指出的是，該最新研究成果得益于秦維在ICQD攻讀博士學(xué)位期間的系統(tǒng)研究，包括借助于近鄰效應(yīng)在拓?fù)浣^緣體和平庸超導(dǎo)體界面稀磁摻雜實現(xiàn)手性拓?fù)涑瑢?dǎo)[Phys.Rev.Lett. 113,266806(2014)]，以及通過在二維Rashba自旋軌道耦合的平庸超導(dǎo)體中稀磁摻雜誘導(dǎo)拓?fù)淞孔酉嘧儯垣@得本征拓?fù)涑瑢?dǎo)體[Sci.Rep. 6, 39188(2016)]。

　　上述研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院和安徽省的資助。

圖：(a)泛函重整化后的幾何相位流向三個穩(wěn)定不動點；(b)超導(dǎo)配對對稱性相圖。