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拓扑绝缘体/超导体界面的研究取得了突破性进展

2012-04-06 10:35:01 国家自然科学基金委员会网站  倪培根 张守著

  在基金委重大研究计划“单量子态的探测及相互作用”重点支持项目的资助下,上海交通大学物理系贾金锋教授研究组利用自身在薄膜制备技术和原位表征方面的优势,在拓扑绝缘体/超导体界面的研究方面取得了突破性进展。他们与清华大学薛其坤小组、浙江大学许祝安、中科院物理所马旭村、美国滨州州立大学刘荧以及斯坦福大学张首晟合作,在材料选取和薄膜生长方面进行了系统的研究,提出了新的思路,利用分子束外延手段首次成功地在超导衬底上生长出界面原子级清晰且电接触非常好的拓扑绝缘体/超导异质结构。这种异质结构使得衬底的超导特性通过近邻效应被导入拓扑绝缘体薄膜中,成功地实现了超导电子对和拓扑表面态的共存。理论预言表明,在他们制备的这种体系中能够直接探测到Majorana费米子的存在。

  所谓Majorana费米子是1937年Ettore Majorana提出的,它与电子、正电子完全不同,它的反粒子就是它本身。半个多世纪后的今天,寻找神秘的Majorana费米子仍然是现代物理的研究热点。高能物理学家正试图证明中微子(neutrino)是Majorana费米子。超对称理论(Super symmetric theories)更是预言光子等玻色子的Majorana "superpartner"是解开暗物质难题的关键。凝聚态物理学家则在不同的材料体系中热情地寻找着Majorana费米子,因为它不仅是一种新奇的量子态,而且可以用于量子计算方面。理论学家已经提出了多个可能存在Majorana费米子的材料体系,如拓扑绝缘体与超导体的界面。近年来随着实验上制备出几种拓扑绝缘体,国际上掀起了新一轮的在实验上追逐Majorana费米子的竞赛。贾金锋研究组的这一成果为探寻Majorana费米子提供了一个极具潜力的实验平台,也为进一步掌握和调控拓扑绝缘体的拓扑电子态找到了重要的突破口。

  该工作投到Science杂志,被审稿人评价为“材料科学的突破(a breakthrough)”和“巨大的实验成就(a tremendous experimental feat)”。文章在Science

  上发表 (Published Online March 15 2012),并被编辑以“Demonstrating the Coexistence of Superconductivity and Topological Order”为题进行了推荐。

(责任编辑: HN666)
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