平台_科学家发现马约拉纳零能模中近量子化的电导平台

马约拉纳费米子是物理学家埃利马约拉纳预言的基本粒子，电中性，反粒子是自己。 在凝聚态物理材料体系中，被拓扑缺陷束缚的马拉纳准粒子，其消失算子满足自共轭关系，通常表示零能导信号，称为马拉纳零能模型。 理论证明，马约纳零能模型满足非阿贝尔任何子统计规则，是实现容错拓扑量子计算的主要路径之一。

近年来，中国科学院物理研究所/中国科学院大学高鸿钧队与丁洪队合作，利用其自主设计组装的国际顶级超低温强磁场扫描隧道显微镜/光谱( STM/S )联合系统精密测量FeTe0.55Se0.45单晶样品的超导涡流，测量铁基超导中的玛拉约拉 之后，他们针对偏航零能模型仅存在于部分磁通涡中的问题，对铁基超导中的偏航零能模型进行了进一步研究，发现FeTe0.55Se0.45单晶样品表面同时存在两种不同类型的磁通涡，偏航零能 他们揭示了FeTe0.55Se0.45样本表面存在马拉纳零能模型的微观物理机制，揭示了马拉纳零能模型的拓扑本质( nature physics 15，1181 ( 2019 ) )。 。

既有实验提供了存在马拉纳零能模的大量实验证据，也描述了存在马拉纳零能模的微观物理机理，但在新的物理现象丰富的凝聚状态材料中，证明零能模信号来源于马拉纳准粒子，例如量化电导平台的实验观测 在固体材料体系中，被激发的玛瑙准粒子具有固有的粒子反粒子对称性，其电子与空穴的组成成分相等。 在超导体材料的测量中，入射的电子必定会带来反射的空穴。 超导体表面的马拉那零能量模型的出现使电子和空穴的隧道概率相等，产生安德烈·戴尔的共振反射，产生独特的量化传导平台特征。 这一特点是马约拉纳零能模存在的重要实验证据。

最近，高鸿钧队和丁洪队进一步合作，利用超低温强磁场STM/S联合系统开展了相关研究。 他们通过连续控制针尖与FeTe0.55Se0.45单晶样本之间的隧道耦合强度，观测了马拉那零能量模型的近量化电导平台特征(图1 )。 。 许多实验观测表明，这种电导平台的特征是由马拉纳特有的电子/空穴对称性保护的马拉纳零能量模型，而在其他拓扑的平凡磁通涡束约束条件下不存在这种电导平台的特征(图2 )。 。 严格的实验测量排除了超导本身电子态的影响，也排除了测量过程中发生量子弹道运输的可能性。 通过统计分析磁通涡流，发现了平台电导近量化的分布规律，进一步分析了平台电导值可能降至量化电导2e2/h以下的影响因素，分析了系统能量的扩散及准粒子中毒效应(图3 )。 。 整个测量过程可以保证样品和针尖的状态不变，重复测量过程。 这一系列实验结果证明，平台的电导特性普遍存在于马约纳零能量模型中。

该研究利用STM/S技术，观测了磁通涡中马拉纳零能量模型的近量化电导平台特征，揭示了铁基超导体中马拉纳零能量模型存在的重要实验证据，研究了马拉纳零能量模型，推进了未来拓扑量子计算 相关研究结果于12月12日在《科学》( Science )杂志上在线发表。 中国科学院物理所、国立科学院博士朱诗雨、孔令元、曹路和博士陈辉是共同第一作者，张馀洋(国科学院)、丁洪、高鸿钧是共同通信作者。 美国布鲁克海文国立研究所的研究员顾根大提供了高质量的单晶样品，麻省理工学院的傅亮教授提供了理论上的支持。 这项工作得到了科技部( 2015cb92000、2015cb92300、2016yfa0202300 )、国家自然科学基金委员会( 11234014、61888102 )和中国科学院( XDB28000000、xdb 2800000、112111kysb20160061 )的支持。

图1 FeTe0.55Se0.45表面磁通涡中的零能量电导平台

图2马约纳零能量模型的Andreev谐振反射

图3马约纳平台电导值的变化规律

资料来源:中国科学院尖端科学教育局、中国科学院物理研究所、中国科学院大学