北京大學劉雄軍課題組：第二陳數保護的手征Majorana費米子態

【成果簡介】

近期，北京大學量子材料中心劉雄軍研究員和該組成員陳章博士在Phys. Rev. Lett.以題為“Non-Abelian Majorana Modes Protected by an Emergent Second Chern Number”發表論文，指出三維外爾半金屬中在出現FFLO類型的超導配對時，可在其渦旋線中出現由第二陳數保護的手征無能隙馬約拉納（Majorana）激發，并證明該類手征Majorana激發在渦旋環（vortex ring）結構下，滿足3-loop型的3D非阿貝爾統計特性。

【圖文導讀】

圖1?手征馬約拉納模式作為渦旋線的間隙界限狀態

a，b）由μ= 0.7和U = 5.8的自相關研究獲得的具有PDW階數的反轉對稱Weyl金屬中的顏色標度表示的光譜函數A（k_z，E）

（c）Δ0= 0.25的反向對稱Weyl金屬中BCS主導相的光譜函數A（k_z，E）

圖2?三環非阿貝爾編織的手征馬約拉納模式

（a）由第三環γ刺穿的環α和β的自編織

（b）循環α和β的完整編織

【研究內容】

尋找新型馬約拉納費米準粒子是近年凝聚態物理中的重要研究課題。馬約拉納準粒子的特征與所在超導體系的維度有著重要的關系。其中，由陳數（Chern number）保護的具有手征特性的馬約拉納準粒子通常存在于偶數維超導中，原因陳數是在偶數維空間中所定義。然而，在本工作中，陳章和劉雄軍研究三維外爾半金屬發現，當系統處于FFLO類型的超導配對時，在超導的渦旋線激發中出現手征無能隙馬約拉納態，且進一步表明，該手征特性的馬約拉納模不能由在二維空間定義的第一陳數保護。為此作者在原本的三維真實空間上，以超導相位作為參數空間，引入人工維度，進而研究由真實空間加人工維度形成的人造四維空間拓撲特性。他們計算發現在該四維空間中，系統的第二陳數非零，且提供了對前述渦旋線中手征馬約拉納態的拓撲保護。這個結論存在一系列非平凡推論，其中最有趣的是當考慮渦旋環結構時，該手征馬約拉納態可滿足3-loop型的3D非阿貝爾統計。這對于研究高維空間的非阿貝爾統計性質以及新型拓撲物態提供了實際物理平臺。

該工作由陳章博士后為第一作者，劉雄軍研究員為通訊作者。文章得到國家自然科學基金，科技部重點專項，和國家青年千人基金的支持。

原文鏈接：http://www.phy.pku.edu.cn/research/projects/170617.xml

文獻鏈接： Non-Abelian Majorana Modes Protected by an Emergent Second Chern Number（Phys. Rev. Lett.,2017,DOI：10.1103/PhysRevLett.118.207002）

本文由材料人編輯部Allen編輯，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷。