拓扑超导研究 是目前凝聚态物理领域热点的研究方向之一，很多团队致力于寻找本征的拓扑超导体。最近的一项研究在超导体 Sr x Bi 2 Se 3 中探测到了超导能隙的二重对称性，为证明 Sr x Bi 2 Se 3 是拓扑超导体提供了新的证据。 相关文章( Superconductivity with Two-Fold Symmetry in Topological Superconductor Sr x Bi 2 Se 3 )由 南京大学闻海虎教授的课题组 完成，并于 2017 年 1 月份发表在学术期刊 Science China Physics, Mechanics Astronomy 上。研究者采用 Corbino 型电极，外磁场平行样品 ab 平面并在平面内转动，测量样品在 c 轴方向的电阻，该实验的设计巧妙地避免了磁通运动、晶格取向等因素对测量的影响，获得了 Sr x Bi 2 Se 3 中超导的本征信息。 图 1 ：零磁场下 S1 样品的电阻率随温度的变化曲线，插图中展示连接电极的 S1 样品(上图)和 Corbino 型电极的构造示意图(下图)。 拓扑超导是一种奇异的量子态，其拓扑序异于常规超导体和真空。由于这种拓扑序的差异，拓扑超导体表面(与真空的界面)上超导能隙关闭，且存在受到拓扑保护的非常稳定的表面态。由于超导态的准粒子 - 空穴对称性，表面态中在费米能处的准粒子由相同比重的电子和空穴组成，这种零能准粒子满足其反粒子即为其本身的性质，被认为是 Majorana 费米子。在拓扑超导中的 Majorana 费米子具有很多奇特的统计学性质，可以实现量子计算。 目前，“ 哪些超导体是拓扑超导体 ”是一个非常热门的话题，很多的理论和实验物理学家均就该问题给出了自己的回答，不同的研究成果甚至互相矛盾。其中争论比较多的是“掺杂诱导超导的拓扑绝缘体是否是拓扑超导体”，对应的材料主要有 Cu x Bi 2 Se 3 、 Sr x Bi 2 Se 3 、 Tl x Bi 2 Te 3 等。 Liang Fu 小组 所做的理论上的研究认为这些材料符合拓扑超导的要求，一些实验团队如 Yoichi Ando 小组 通过点接触等手段的研究也证实了这些理论预言，但是其他团队的 STM 研究却给出了相反的结论，这使得拓扑超导之争变得扑朔迷离。 该项研究通过制作 Corbino 型电极，排除了多项干扰因素，测量到了在磁场平行样品平面并在面内转动的情况下， Sr x Bi 2 Se 3 样品 c 轴方向的转角电阻数据。转角电阻曲线表现出非常显著的二重对称性，研究者进一步测量到了 Sr x Bi 2 Se 3 的上临界场的各向异性，证明了 Sr x Bi 2 Se 3 的超导能隙存在二重对称性。该研究成果与 GuoQing Zheng 小组 对 Cu x Bi 2 Se 3 的核磁共振测量的研究以及其他几个团队的相关研究相符，均证实了在几种掺杂诱导超导的拓扑绝缘体中二重对称超导电性的存在， Liang Fu 小组 据此修正了理论计算，并认为该二重对称性对应于一种拓扑序非平庸的状态。 图 2 ： Sr x Bi 2 Se 3 中二重对称超导电性的取向分析。其中，蓝色曲线为样品电阻率随角度的变化数据，测量条件：外磁场为 0.5 T ，方向平行于样品 c 轴，温度为 1.9 K 。红色直线为超导能隙的极大值方向，绿色球体代表 Se 原子。 该研究为证实 Sr x Bi 2 Se 3 等材料为拓扑超导体提供了新的证据，这对于进一步开展拓扑超导的研究有很积极的推动作用，并使得人们对超导中的拓扑序有了更深刻的认识。 点击链接可免费读该研究原文↙ http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCPMA/60/3/10.1007/s11433-016-0499-x?slug=full%20text 《中国科学》杂志社微信公众号 关注请加： scichina1950 / 中国科学杂志社 或扫描识别二维码：
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