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研究院在《物理评论快报》发表拓扑超导和拓扑量子计算领域新进展

1月16日,物理领域权威期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)刊发了武汉量子技术研究院刘鑫研究员团队和华中科技大学、清华大学、中国科学院大学合作题为《弱磁场下迈斯纳效应诱导的马约拉纳零模式》(Majorana Zero Modes Induced by the Meissner Effect at Small Magnetic Field)的研究论文,报道了利用迈斯纳效应可以在小于10 mT磁场下在导体/拓扑绝缘体/超导体异质结中产生拓扑相,由此诱导具有非阿贝尔统计属性的马约拉纳零能模的理论研究文章。

马约拉纳零模是拓扑超导中的准粒子激发,它既不是费米子,也不是玻色子,而是遵循非阿贝尔统计的任意子,同时也是实现拓扑量子计算的物质基础。这使得拓扑超导和马约拉纳零模研究既有重大的基础研究价值,又有巨大的应用潜力。实现拓扑保护的马约拉纳零模一般需要加入磁场或者交换场破坏时间反演对称性,又需要超导提供拓扑保护。然而较大磁场通常会抑制超导的能隙,削弱,甚至破坏拓扑保护。因而平衡这两个矛盾的先决条件是构建具有非阿贝尔统计和拓扑量子计算平台关键。

刘鑫教授课题组及合作团队提出迈斯纳效应诱导马约拉纳零模的机制将现有马约拉纳平台所需的磁场强度(>0.5 T)降低了两个数量级,其实现的马约拉纳零模的数量和位置具有可操控性,并通过薛定谔-泊松自洽计算验证了该机制的实验可行性,为突破该领域的瓶颈提供了新的方向。物理学院原博士生,现博士后潘晓红为论文第一作者,刘鑫教授,中国科学院大学卡弗里理论科学研究所张富春教授和清华大学的刘东副教授为论文共同通讯者。

 

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图1: (a)超导/拓扑绝缘体/超导异质结示意图。(b)马约拉纳零模密度图。两幅能谱示意图表示边界态的能隙大小依赖于与磁场(蓝色箭头)的夹角θ。黑色箭头表示伦敦规范下的矢势。


文章链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.036602