科技資訊寫作大賽｜薛其坤院士Sci.Bull.：外延β-Bi2Pd薄膜上拓撲超導態和Majorana零模的實驗觀察

材料人首屆科技資訊寫作大賽自5月13日發布征稿通知以來（參賽詳情請戳我），受到讀者們的廣泛關注。本文由SCI期刊Science Bulletin編輯部投稿。

【背景介紹】

拓撲超導態是一種新興的量子物質相，區別于傳統的超導體，拓撲超導體的表面具有受拓撲保護無超導能隙的邊界態，可承載反粒子是其自身的馬約拉納費米子（Majorana Fermions）或零能模。這種神秘的粒子服從非阿貝爾量子統計，可以實現容錯的拓撲量子計算。拓撲超導體因其能承載這類神秘費米子被認為是實現未來永遠不會出錯的量子計算機的理想載體。在拓撲超導體中尋找Majorana零能模是現今凝聚態物理學研究的重中之重。

【成果簡介】

為了尋找結構簡單的拓撲超導體，清華大學的薛其坤院士和宋燦立助理教授（共同通訊）等人最近在β-Bi₂Pd薄膜上取得重要進展。區別于體單晶，分子束外延制備的β-Bi₂Pd薄膜中拓撲表面態在低溫下打開一個受時間反演對稱性保護的超導能隙，且該能隙由于表面處空間反演對稱性破缺導致的奇偶配對勢混合被顯著提高。在外加磁場下，他們在磁通渦旋中心附近觀察到了馬約拉納零能模的跡象。這些結果提供了β-Bi₂Pd為拓撲超導體令人信服的實驗證據。

【圖文導讀】

圖1 分子束外延β-Bi₂Pd薄膜的拓撲超導電性和馬約拉納零能模

（a）外延β-Bi₂Pd薄膜大面積形貌圖（400nm x 400 nm），插圖是β-Bi₂Pd晶體結構示意圖

（b）低溫下（0.4K）的微分電導譜，其中Δ_b和Δ_s分別對應于β-Bi₂Pd薄膜體超導和表面超導的能隙

（c）零偏壓下掃描隧道顯微譜圖像, B?=?0.5?T；圖像尺寸為200 nm x 200?nm; 藍色代表超導態的低電導區域, 黃色為正常態的磁通中心

（d, e）磁通渦旋中心處的微分電導譜（d）以及它隨空間的演化（e）;其中零偏壓電導峰隨遠離磁通渦旋中心減弱但不劈裂的行為符合馬約拉納零能模的特征

【總結】

本文通過分子束外延技術制備β-Bi₂Pd薄膜并調控其化學勢在單一材料中實現了拓撲超導態和馬約拉納零能模的實驗觀察，同時提供了在含有重元素的傳統超導體中尋找拓撲非平庸超導態和馬約拉納零能模的新途徑。在單一材料中實現拓撲超導態可以避免之前研究拓撲超導異質結體系的結構復雜性，有助于無爭議地觀察到馬約拉納零能模并實現基于它們的拓撲量子計算。

文獻鏈接：Experimental signature of topological superconductivity and Majorana zero modes on β-Bi₂Pd thin films (Sci. Bull., 2017, DOI:10.1016/j.scib.2017.05.008)

本文由材料人納米組段鵬超供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。如果你對電子材料感興趣，愿意與電子電工領域人才交流，請加入材料人電子電工材料學習小組（QQ群：482842474）。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

材料測試，數據分析，上測試谷！