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科学家首次在铁基超导体中发现马约拉纳任意子

发布时间:2018-08-17 16:19 来源:中青在线 作者:邱晨辉

    中青在线北京8月17日电(中国青年报•中青在线记者 邱晨辉)中国科学院今天举行新闻发布会宣布:中科院物理所/中国科学院大学高鸿钧和丁洪领导的联合研究团队近期利用极低温-强磁场-扫描探针显微系统首次在铁基超导体中观察到了马约拉纳零能模,即为马约拉纳任意子,该成果对构建稳定的、高容错、可拓展的未来量子计算机的应用具有极其重要意义。相关研究成果于8月16日在线发表在《科学》(Science)上。

    Science论文截图

 

 

    1937年,意大利理论物理学家马约拉纳预言了自旋为1/2的中性费米子,其反粒子是它本身,并认为是一种基本粒子。之后人们把这种神奇的粒子称为马约拉纳费米子,并猜测构成物质世界的基本粒子中的中微子有可能是马约拉纳费米子,但目前尚未得到实验上的证实。

    马约拉纳

    在凝聚态物质中人们在多种系统中尝试发现马约拉纳费米子,但是具有非常大的难度和挑战性,也是国际科技界激烈竞争的战制高点之一。近期,中国科学院物理研究所丁洪领导的国际合作团队,首次在铁基超导体(FeTe0.55Se0.45,Tc=15K)中发现超导拓扑表面态,其中最有力的证据发表在2018年3月份的《科学》杂志上。

    马约拉纳任意子

    这次关于马约拉纳零能模探索的重大突破,中科院物理所/中国科学院大学高鸿钧研究组的博士生王东飞和范朋等与丁洪研究组的博士生孔令元等,利用高鸿钧研究组自主设计、集成研制的超高真空-极低温-强磁场-扫描隧道显微镜-分子束外延-低能电子衍射联合系统,对美国布鲁克海文国家实验室顾根大研究组提供的高质量FeTe0.55Se0.45样品展开了系列探索,并与美国麻省理工学院的傅亮进行了理论合作。

    中科院物理所/中国科学院大学高鸿钧和丁洪领导的联合研究团队

    研究发现,在该样品的磁涡旋中心“点”存在不随空间位置劈裂的零能束缚态,变温以及变磁场的数据最终确定位于磁涡旋中心的束缚态即为马约拉纳任意子,并且不与其它的准粒子态混合,马约拉纳成分纯度很高。进一步实验发现该马约拉纳任意子在6T以下磁场以及4K以下温度都能稳定存在。

    这是科学家第一次在单一块体超导材料中发现高纯度的马约拉纳任意子,能在相对高的温度下实现,不容易受到其他准粒子的干扰。同时,这也预示着在其它的多能带高温超导体里也可能存在马约拉纳任意子,为马约拉纳物理的研究开辟新的方向。

 

【编辑:杨海琴】
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