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劉鑫教授團隊在高階拓撲超導體和馬約拉納任意子理論研究方面取得進展
發布時間:2019-09-30

近日,物理領域權威期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)刊發了物理學院劉鑫教授研究團隊題爲《晶格對稱性輔助的二階拓撲超導和馬約拉納構型》(Lattice-symmetry-assisted Second-Order Topological Superconductors and Majorana Patterns)的研究論文,報道了利用晶格對稱性産生的各向異性,基于二維拓撲絕緣體材料實現二階的拓撲超導體並由此得到具有非阿貝爾統計屬性的馬約拉納零能模的理論研究文章。物理學院博士生潘曉紅爲論文第一作者,劉鑫教授爲論文通訊作者,華中科技大學脈沖強磁場科學中心徐剛教授和美國賓州州立大學的劉朝星教授爲論文合作者。

馬約拉納零能模屬于凝聚態系統中特有的一類拓撲激發的准粒子。這種准粒子遵循的既不是費米統計,也不是玻色統計,而是需要矩陣來描述的非阿貝爾統計,也被稱爲非阿貝爾任意子。非阿貝爾統計是現代凝聚態基礎理論最重要的發展之一,是“固體宇宙”特有的統計規律。同時,馬約拉納零能模也是實現容錯的拓撲量子計算的基石,所以對它的研究也是發展量子技術,實現量子計算的一個重要方向。現在實驗上實現馬約拉納零能模的方案基于一階拓撲相變,需要先造出一個理想的一維體系,這帶來了許多實驗上的問題。

二階和更高階的拓撲態是最近拓撲物理學的一個新的研究方向,是對原有拓撲理論的一個更深入的發展。劉鑫教授團隊基于二階拓撲相變理論,提出利用成熟的二維材料技術,並結合傳統的s波超導體,可以在二維體系直接實現馬約拉納零能模,並更易于實現可控和可擴展的馬約拉納網絡。這對實驗驗證馬約拉納零能模及其非阿貝爾統計性提供了可能的更有效的方案。

該工作得到了國家自然科學基金委項目和科技部重點研發計劃的支持。




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