1月16日，武汉量子技术研究院徐刚研究员团队、刘鑫研究员团队和华中科技大学合作，在《物理评论快报》(Physical Review Letters)刊发了一种避免多重子带问题的高稳定手性拓扑超导新方案。论文题为“Chiral Topological Superconductivity in Superconductor-Obstructed Atomic Insulator-Ferromagnetic Insulator Heterostructures“。

实现拓扑超导（TSC）和马约拉纳态（MSs）是基础物理和拓扑量子计算中最重要和最具挑战性的任务之一。由于本征的拓扑超导体（p波超导体）十分稀少，过去十几年中，人们提出了许多在拓扑绝缘体、具有Rashba自旋轨道耦合的半导体或磁性原子链的表面或界面利用s波超导体的近邻效应诱导拓扑超导的异质结方案。其中，半导体-s波超导体异质结方案受到了广泛关注并在实验上取得了重要进展。随着研究的深入，该方案也遭遇了两个重大的困难和挑战：一、半导体中普遍存在的多重子带问题。这个问题不仅使得TSC相更难调控实现，也会产生许多平庸的低能态与MS混淆。二、半导体中较小的Rashba自旋轨道耦合会影响超导相在塞曼场中的稳定性，增加了实验难度。 

（a）利用阻塞原子绝缘体实现手性拓扑超导的示意图。（b）基于第一性原理计算得出的BdG能谱、wilsonloop和拓扑相图。

本工作中，徐刚教授团队提出了一种如图（a）所示的在s波超导体（NbSe2）-阻塞原子绝缘体（Nb3Br8）-铁磁绝缘体（CrI3）异质结中实现二维手性拓扑超导的新方案。阻塞原子绝缘体的表面天然存在与体能带分离良好的阻塞表面态。该阻塞表面态具有巨大的Rashba自旋轨道耦合。因此，该方案可以有效地避免多重子带问题。作者进一步定量分析排除了铁磁绝缘体CrI3带来的轨道效应，计算了超导近邻效应对于塞曼劈裂的稳定性，表明巨大的Rashba自旋轨道耦合更有利于获得稳定的超导电性，论证了该方案的先进性。计算结果证实，拓扑超导可以在较大的化学势和塞曼劈裂参数空间中稳定存在，并可以实现如图（b）所示的四个不同拓扑超导相，对应的超导Chern数分别是N=-1，-2，-3，3。最后，基于Nb3Br8的阻塞瓦尼尔心构成的三角晶格，作者构建了二维BdG哈密顿量，解析得到了整个拓扑相图。该工作扩展了阻塞原子绝缘体的应用，为实现高稳定的拓扑超导和马约拉纳态提供了新路线，将会引起拓扑超导和阻塞原子绝缘体研究领域的广泛关注。

该研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.036601