物理所等提出一類基于鐵基非常規配對的拓撲超導體

　　近年來，鐵基高溫超導體作為自賦性拓撲超導體，引起了科研人員的興趣。理論研究表明，鐵基高溫超導體是一個理想的實現Majorana零能模的體系；科研人員在多個鐵基材料表面觀測到Majorana零能模，揭開了在鐵基超導體系中探尋Majorana零能模的序幕，這使鐵基超導體可能成為拓撲計算的載體。

　　但目前的研究與鐵基超導態最根本的性質——非常規電子配對，沒有直接聯系。在有電子和空穴費米面的鐵基超導體中，既有理論研究預言了非常規s_±配對——空穴型費米面和電子型費米面超導序參量反號。雖然該預言得到了一些實驗的間接支持，但是缺乏像在銅基高溫超導對d-波配對那樣的直接實驗證據。

　　最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心凝聚態理論與材料計算實驗室T06組研究員胡江平與美國賓西法利亞州立大學、維爾茨堡大學和上海理工大學的科研人員合作，提出了一類基于鐵基非常規配對的拓撲超導體。它們具有邊界阻礙導致的高階拓撲特征和由手性對稱性保護的“角”或“棱”（hinge）Majorana零能模式；預言112家族鐵砷超導體系，由于具有本征量子自旋霍爾態-高溫超導體的異質結，是理想的實現體系。112家族的T_c最高達47 K，該體系的拓撲性質由胡江平研究組最先預言（X. Wu et al. Phys. Rev. B 91，081111(R) (2015) )。

　　該研究首次在實際的材料體系中預言了高階拓撲超導量子態，提供了一個可實現Majorana零能模的新體系；將鐵基的非常規配對和拓撲性質直接聯系起來，由于拓撲性質的魯棒性（robustness），提供了鐵基超導體s_±配對的決定性實驗判別手段（smoking gun）。

　　相關研究成果發表在Physical Review X上。研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院戰略性先導科技專項的支持。

　　論文鏈接 

　　圖1.（Ca，La）FeAs₂的晶體結構和費米面以及高階拓撲形成的直觀圖像：（a）晶體結構，（b）As1層的晶格模型，（c）（Ca，La）FeAs₂費米面和超導序參量以及角上Majorana零能模形成的直觀解釋：藍色和紅色表示超導序參量的符號不同，灰色的圓表示兩個棱交叉的角產生的Majorana零能模

　　圖2.拓撲性質的計算結果：（a）（010）邊界態的邊界繞數，（b）拓撲相變中邊界繞數隨體系尺寸的變化。（c）Majorana模式的能量（對數坐標）隨體系尺寸的變化，（d）Majorana模式波函數實空間分布