物质学院陈宇林-柳仲楷课题组首次验证过渡金属硫族化合物中拓扑超导电子态

ON2021-06-03文章来源 上貉遣┳闱虮确諽aBo官网?萍即笱?/span>CATEGORY新闻

拓扑超导体是一类性质奇特的超导体亚博足球比分YaBo官网。与普通超导体相同亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,其在超导温度下表现零电阻现象亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,超导的电子会打开一个能量间隙从而获取更低的能量亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网;另一方面亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,由于非平庸拓扑性质的?;?亚博足球比分YaBo官网,拓扑超导体的边界存在无能隙的金属态亚博足球比分YaBo官网,其准粒子元激发为马约纳拉费米子亚博足球比分YaBo官网。马约纳拉费米子为其自身的反粒子亚博足球比分YaBo官网,服从非阿贝尔统计亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,故可用作拓扑超导计算比特亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网。因此亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,拓扑超导体被认为是实现容错拓扑量子计算机的理想材料亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网。

近日亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,我校物质学院陈宇林-柳仲楷课题组在新型拓扑超导材料研究中取得重要进展:在具有化学配比的层状过渡金属硫化物2M-WS2中观测到拓扑表面态亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,并在超导转变温度以下观察到各向同性的超导能隙亚博足球比分YaBo官网,从而首次在实验中证实其具有本征拓扑超导电子态亚博足球比分YaBo官网。该成果目前以“Observation of topological superconductivity in a stoichiometric transition metal dichalcogenide 2M-WS2”为题亚博足球比分YaBo官网,于5月17日在权威学术期刊Nature Communications上在线发表亚博足球比分YaBo官网。

拓扑超导材料是近年凝聚态物理的研究前沿领域。拓扑超导体的边界或磁通涡旋中蕴含马约纳拉费米子。作为研究此种非平凡准粒子的平台,拓扑超导体对于基础物理研究具有深刻的内涵亚博足球比分YaBo官网,对于高容错性拓扑量子计算也具有深远的应用潜力亚博足球比分YaBo官网。当前亚博足球比分YaBo官网,已知拓扑超导材料具有超导转变温度低、样品组分不均匀或者生长制备工艺复杂等各类问题亚博足球比分YaBo官网。因此亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,寻找具有化学组分均匀、超导转变温度高亚博足球比分YaBo官网、易制备处理等优良性质的拓扑超导材料,成为了该领域的研究重点。

我校陈宇林-柳仲楷课题组长期对拓扑量子材料展开广泛深入的研究亚博足球比分YaBo官网,在新型拓扑超导材料的攻关中取得一系列成果。在本研究中,陈宇林-柳仲楷课题组利用基于先进的同步辐射光源和上科大实验室高能量分辨率深紫外激光的角分辨光电子能谱技术,对高质量2M-WS2能带结构进行了系统的研究亚博足球比分YaBo官网。实验首次观察到带反转结构及具有各向异性的狄拉克型拓扑表面态,其结果与第一性原理计算完美吻合亚博足球比分YaBo官网。在超导温度以下亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,实验发现体态和表面态均打开能量尺度相近且各向同性的超导能隙亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,证实了该体系中基于体-表面自近邻效应的拓扑超导性。此项发现是拓扑超导领域研究的重要进展亚博足球比分YaBo官网,2M-WS2亦是首个被实验证实的过渡金属硫化物族拓扑超导材料,且具有该家族中最高的常压超导转变温度亚博足球比分YaBo官网。

此项工作由上貉遣┳闱虮确諽aBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网?萍即笱а遣┳闱虮确諽aBo官网亚博足球比分YaBo官网、牛津大学、清华大学亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网、南京大学亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网、中科院上海硅酸盐研究所等单位科研团队协作完成亚博足球比分YaBo官网。上貉遣┳闱虮确諽aBo官网?萍即笱镏恃г翰┦亢罄钜晃遣┳闱虮确諽aBo官网亚博足球比分YaBo官网、2019级博士研究生?亚博足球比分YaBo官网;劬遣┳闱虮确諽aBo官网亚博足球比分YaBo官网、南京大学博士研究生张冬芹和中科院上海硅酸盐研究所博士后方裕强为共同第一作者亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网,上??萍即笱镏恃г禾仄附淌诔掠盍?亚博足球比分YaBo官网、助理教授柳仲楷与清华大学副教授杨乐仙、中科院硅酸盐研究所研究员黄富强亚博足球比分YaBo官网、南京大学教授张海军为通讯作者亚博足球比分YaBo官网。上??萍即笱谝煌瓿傻ノ谎遣┳闱虮确諽aBo官网。该研究得到了国家重点研发计划亚博足球比分YaBo官网、国家自然科学基金委亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网、博士后国际交流计划引进项目等项目基金的大力支持亚博足球比分YaBo官网。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-021-23076-1


图:本征拓扑超导材料2M-WS2电子结构亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网。(a)体-表面自近邻效应拓扑超导示意图亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网。(b)2M-WS2正常态(左)与超导态的能带结构示意图。(c)费米面与能带结构的角分辨光电子谱三维展示亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网。(d)拓扑表面态能带色散的理论计算(左)和实验结果(右)比较亚博足球比分YaBo官网。(e)拓扑表面态和体态的超导能隙随温度的演化亚博足球比分YaBo官网亚博足球比分YaBo官网。(f)各向同性的超导能隙亚博足球比分YaBo官网。