合肥研究院郝寧寧課題組：拓撲新物態研究獲進展

【成果簡介】

近日，合肥物質科學研究院強磁場科學中心郝寧寧課題組在拓撲新物態研究中取得新進展，相關研究成果以“Topological orbital superfluid with chiral d-wave order in a rotating optical lattice”和“Topological crystalline antiferromagnetic state in tetragonal FeS”為題，分別發表在New journal of physics和Physical Review B上。 ?　　 ?　　 ?　

【圖文導讀】

圖1 超流隨著化學勢和相互作用強度的相圖?

圖2 拓撲晶體反鐵磁絕緣體的表面電子結構特征

【研究內容】

奇異拓撲量子態的探索和物性研究是近年來凝聚態物理的研究熱點之一，包括拓撲絕緣體、拓撲超導體和拓撲半金屬等。在二維拓撲超導體中，磁通渦旋可以產生并束縛魯棒的能量嚴格為零的準粒子態，稱為馬約拉納零模，對應高能物理中的馬約拉納費米子。馬約拉納費米子是電中性的，具有自共軛的性質，因而其反粒子就是它本身。重要的是，馬約拉納費米子滿足非阿貝爾的分數統計，因而在拓撲量子計算上有廣闊的應用前景。目前，在凝聚態物理中廣泛研究的拓撲超導體系都是基于超導近鄰效應的異質結，由于不同材料的界面，雜質效應和極弱超導能隙，拓撲超導以及馬約拉納零模的觀測存在一系列不可控的困難。由于界面自旋軌道耦合在此類體系中具有重要作用，研究人員發現在多軌道體系中，具有相反宇稱的軌道間的耦合等價于界面自旋軌道耦合，基于此原理，研究人員通過在超冷原子光晶格中引入p和d軌道來模擬和研究多軌道的超流性質。相關研究為后續在多軌道的非常規超導化合物中研究外界調控導致的拓撲超導，以及相關的馬約拉納費米子物理提供了指導。由于晶體對稱性的引入，拓撲物態衍生出多種具有獨特性質的分支，比如拓撲晶體絕緣體。在很多化合物中，不同的序（比如電荷密度波和反鐵磁序）會降低晶體的對稱性，進而電子結構會被強烈的重構，因而表現出很多新特征，并且這些新特征和晶體的對稱性破缺具有深刻的內在關聯。研究人員發現，FeS化合物中存在一種交錯二聚型反鐵磁序，并且這種反鐵磁序會調制體系進入一種新的拓撲物態：拓撲晶體反鐵磁相。這種新的拓撲物態是由一種新的對稱性保護的，稱之為非對稱的時間反演對稱性，用以區別一般的時間反演對稱性，并發現非對稱的時間反演對稱性來源于反鐵磁序導致的平移對稱性破缺。相關研究為后續在包含電荷、自旋和軌道有序的系統中研究新奇的拓撲量子態提供了指導和參照。研究工作得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金以及中科院百人計劃等的支持。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201711/t20171115_4621943.shtml

文獻鏈接：Topological crystalline antiferromagnetic state in tetragonal FeS (Physical Review B, 2017, DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.165102)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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