【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】拓?fù)淞孔佑?jì)算可有效抵抗雜質(zhì)、相互作用等的擾動(dòng)，從而解決量子退相干與糾錯(cuò)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算。本征拓?fù)涑瑢?dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)具有非常規(guī)的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)，在晶體材料的自然邊界可產(chǎn)生馬約拉納零能模式，是實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算的主要方案之一。相比其他方案，該方案從原理上可回避諸如兩種材料的晶格不匹配對(duì)拓?fù)浔Ｗo(hù)的影響以及磁場(chǎng)/磁性雜質(zhì)引入的其他低能態(tài)等問(wèn)題，是當(dāng)前凝聚態(tài)物理研究的前沿方向。然而，由于馬約拉納費(fèi)米子的自反性的限制，目前只有少數(shù)具有奇宇稱配對(duì)態(tài)的材料被認(rèn)定為拓?fù)涑瑢?dǎo)體候選材料。注冊(cè)儀表網(wǎng)，馬上發(fā)布/獲取信息
 

　　非中心對(duì)稱超導(dǎo)體由于空間反演對(duì)稱破缺，非對(duì)稱的晶體勢(shì)場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生反對(duì)稱的自旋-軌道耦合，致使自旋簡(jiǎn)并的能級(jí)劈裂成兩條自旋取向相反的能帶。這時(shí)超導(dǎo)配對(duì)波函數(shù)可以是偶宇稱和奇宇稱的疊加，導(dǎo)致非常獨(dú)特的超導(dǎo)現(xiàn)象。有理論研究推斷，在具有超導(dǎo)電性的half-Heusler合金材料中，有望實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)。其中，YPtBi備受關(guān)注。μSR等測(cè)量表明YPtBi超導(dǎo)能隙存在節(jié)點(diǎn)，因而YPtBi可能具有非常規(guī)的超導(dǎo)電性。此外，能帶反轉(zhuǎn)使費(fèi)米面附近的電子具有j=3/2的總角動(dòng)量，可能使形成庫(kù)珀對(duì)的電子具有超越自旋三重態(tài)的自旋五重或七重態(tài)配對(duì)模式。理論提出了多種可能的配對(duì)形式，例如單態(tài)+七重態(tài)配對(duì)、單態(tài)+五重態(tài)配對(duì)等。而由于YPtBi超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和載流子濃度均很低，實(shí)驗(yàn)具有較大挑戰(zhàn)，一直缺乏對(duì)YPtBi超導(dǎo)態(tài)的微觀實(shí)驗(yàn)表征。
 

　　近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心HX-02組的特聘研究員周睿指導(dǎo)博士研究生周藝舟，并與物理所研究員王文洪團(tuán)隊(duì)、上海科技大學(xué)教授郭艷峰團(tuán)隊(duì)合作，在高質(zhì)量YPtBi單晶樣品上開(kāi)展了核磁共振(NMR)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)克服了弱場(chǎng)下核磁共振測(cè)量信號(hào)小的困難，使用極低溫與極低頻NMR技術(shù)，借助195Pt核對(duì)YPtBi的正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)性質(zhì)開(kāi)展了全面研究。在正常態(tài)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)YPtBi自旋晶格弛豫率1/T1T出現(xiàn)了隨溫度下降而顯著增大的行為。由于195Pt的核自旋I=1/2，不存在電四極矩，因此無(wú)法感知電荷或軌道漲落，表明在YPtBi中存在反鐵磁自旋漲落。進(jìn)入到超導(dǎo)態(tài)后，1/T1在Tc之下沒(méi)有出現(xiàn)Hebel-Slichter相干峰，并隨著溫度降低，出現(xiàn)了T3的溫度依賴關(guān)系，表明超導(dǎo)態(tài)不同于常規(guī)的BCS超導(dǎo)體。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀察到，在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后NMR譜發(fā)生了明顯移動(dòng)，表明自旋磁化率在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后出現(xiàn)了下降。科研人員在通過(guò)高壓核磁共振實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到軌道磁化率對(duì)奈特位移的貢獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)自旋磁化率在零溫極限下依然是有限值。對(duì)于偶宇稱超導(dǎo)體，各個(gè)晶體方向的自旋磁化率都應(yīng)在零溫時(shí)趨近0；而對(duì)于奇宇稱超導(dǎo)體，庫(kù)伯對(duì)則會(huì)貢獻(xiàn)自旋磁化率。因此，當(dāng)超導(dǎo)配對(duì)波函數(shù)出現(xiàn)偶宇稱和奇宇稱的疊加時(shí)，自旋磁化率并不會(huì)下降到0(零溫極限下)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，YPtBi的超導(dǎo)配對(duì)波函數(shù)有偶宇稱和奇宇稱的疊加，并通過(guò)對(duì)1/T1的多能隙擬合，最終得到Y(jié)PtBi的能隙配對(duì)對(duì)稱性可能是s+p或d+p。而考慮到正常態(tài)出現(xiàn)了反鐵磁漲落，結(jié)果表明d+p的能隙配對(duì)對(duì)稱性與反鐵磁電子關(guān)聯(lián)的出現(xiàn)更自洽。
 

　　該研究為相關(guān)材料的理論模型建立提供了重要信息。Half-Heuslar合金超導(dǎo)材料為研究非常規(guī)超導(dǎo)、拓?fù)淠軒ЫY(jié)構(gòu)和電子關(guān)聯(lián)之間的關(guān)系提供了平臺(tái)，值得對(duì)這一類材料中的超導(dǎo)電性做更深入的研究。相關(guān)研究成果以Antiferromagnetic Spin Fluctuations and Unconventional Superconductivity in Topological Superconductor Candidate YPtBi Revealed by 195Pt-NMR為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physics Review Letters)上，并被選為Editors' Suggestion。《物理評(píng)論快報(bào)》Synopsis欄目發(fā)表了題為Unconventional Spin States in YPtBi的專題科普?qǐng)?bào)道。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)等的支持。