清華物理系研究團(tuán)隊(duì)在新型的過(guò)渡金屬硫族化合物2M-WS₂中發(fā)現(xiàn)馬約拉納束縛態(tài)

清華新聞網(wǎng)7月11日電 尋找馬約拉納束縛態(tài)是當(dāng)前凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。馬約拉納束縛態(tài)是實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算的基礎(chǔ)。近日，清華大學(xué)物理系李渭副教授、薛其坤教授的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海硅酸鹽研究所的黃富強(qiáng)研究員及南京大學(xué)的張海軍教授合作，在一種新型的過(guò)渡金屬硫族化合物2M-WS₂中發(fā)現(xiàn)了馬約拉納束縛態(tài)存在的證據(jù)，這是科學(xué)家首次在過(guò)渡金屬硫族化合物中觀(guān)測(cè)到馬約拉納束縛態(tài)存在的證據(jù)。該研究成果以“2M相WS₂中各向異性的馬約拉納束縛態(tài)的證據(jù)”(Evidence of anisotropic Majorana bound states in 2M-WS₂) 為題在線(xiàn)發(fā)表于7月8日的《自然·物理》(Nature Physics)上。 

 2M-WS₂磁通中的馬約拉納束縛態(tài)

理論預(yù)言，當(dāng)材料同時(shí)具有s波超導(dǎo)的體態(tài)和非平庸的拓?fù)浔砻鎽B(tài)時(shí)，在外磁場(chǎng)下，該材料的磁通中心會(huì)存在馬約拉納束縛態(tài)。近年來(lái)，這樣的材料體系被逐漸發(fā)現(xiàn)，但現(xiàn)有的材料或存在以下問(wèn)題：超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低，需要極端的實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)條件；需要在材料中進(jìn)行元素?fù)诫s，以實(shí)現(xiàn)拓?fù)浠虺瑢?dǎo)性質(zhì)。但元素?fù)诫s會(huì)帶來(lái)額外的缺陷，不利于實(shí)際應(yīng)用，尋找更純凈的材料體系十分迫切。

利用低溫強(qiáng)磁場(chǎng)掃描隧道顯微鏡技術(shù)，該研究團(tuán)隊(duì)在一種新型的過(guò)渡金屬硫族化合物－2M相的WS₂中觀(guān)測(cè)到了馬約拉納束縛態(tài)（如圖所示）。通過(guò)觀(guān)測(cè)其磁通內(nèi)態(tài)密度隨空間的演化，他們發(fā)現(xiàn)該馬約拉納束縛態(tài)具有高度的空間各向異性，這可能是各向異性的超導(dǎo)序參量和拓?fù)浔砻鎽B(tài)共同導(dǎo)致的。重要的是，2M-WS₂是一種不需要額外元素插層或摻雜的本征材料，且極易實(shí)現(xiàn)機(jī)械剝離，因此，該材料是研究未來(lái)拓?fù)淞孔佑?jì)算理想的材料體系之一。該材料由上海硅酸鹽研究所的黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)合成，南京大學(xué)的張海軍教授基于第一性原理計(jì)算預(yù)言了該體系存在拓?fù)浔砻鎽B(tài)，相關(guān)工作發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advance Materials)上。

清華大學(xué)物理系2015級(jí)博士生袁永浩與中科院上海硅酸鹽研究所的博士生潘杰為文章的共同第一作者，清華大學(xué)李渭副教授、薛其坤教授及中科院上海硅酸鹽研究所黃富強(qiáng)研究員為共同通訊作者。黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)提供了實(shí)驗(yàn)的樣品。該研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、北京未來(lái)芯片技術(shù)高精尖創(chuàng)新中心、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、北京市優(yōu)秀人才青年拔尖項(xiàng)目等的資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41567-019-0576-7

供稿：物理系

編輯：李華山

審核：周襄楠