利用低溫強磁場STM觀測到馬約拉納束縛態

　　尋找馬約拉納束縛態是當前凝聚態物理研究的熱點問題。馬約拉納束縛態是實現拓撲量子計算的基礎。近日，清華大學物理系李渭副教授、薛其坤教授的研究團隊與中科院上海硅酸鹽研究所的黃富強研究員及南京大學的張海軍教授合作，在一種新型的過渡金屬硫族化合物2M-WS₂中發現了馬約拉納束縛態存在的證據，這是科學家首次在過渡金屬硫族化合物中觀測到馬約拉納束縛態存在的證據。該研究成果以“2M相WS₂中各向異性的馬約拉納束縛態的證據”(Evidence of anisotropic Majorana bound states in 2M-WS₂) 為題在線發表于7月8日的《自然·物理》(Nature Physics)。

2M-WS₂磁通中的馬約拉納束縛態

　　理論預言，當材料同時具有s波超導的體態和非平庸的拓撲表面態時，在外磁場下，該材料的磁通中心會存在馬約拉納束縛態。近年來，這樣的材料體系被逐漸發現，但現有的材料或存在以下問題：超導轉變溫度較低，需要極端的實驗觀測條件；需要在材料中進行元素摻雜，以實現拓撲或超導性質。但元素摻雜會帶來額外的缺陷，不利于實際應用，尋找更純凈的材料體系十分迫切。

　　利用低溫強磁場掃描隧道顯微鏡技術，該研究團隊在一種新型的過渡金屬硫族化合物2M-WS₂中觀測到了馬約拉納束縛態（如圖所示）。通過觀測其磁通內態密度隨空間的演化，他們發現該馬約拉納束縛態具有高度的空間各向異性，這可能是各向異性的超導序參量和拓撲表面態共同導致的。重要的是，2M-WS₂是一種不需要額外元素插層或摻雜的本征材料，且極易實現機械剝離，因此，該材料是研究未來拓撲量子計算理想的材料體系之一。該材料由上海硅酸鹽研究所的黃富強研究團隊合成，南京大學的張海軍教授基于第一性原理計算預言了該體系存在拓撲表面態，相關工作發表在《先進材料》(Advance Materials)上。

　　清華大學物理系2015級博士生袁永浩與中科院上海硅酸鹽研究所的博士生潘杰為文章的共同第一作者，清華大學李渭副教授、薛其坤教授及中科院上海硅酸鹽研究所黃富強研究員為共同通訊作者。黃富強研究團隊提供了實驗的樣品。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委員會、北京未來芯片技術高精尖創新中心、上海市科學技術委員會、北京市優秀人才青年拔尖項目等的資助。