我国科学家首次发现新奇拓扑量子态

2017-11-16 科技日报

  科技日报合肥11月15日电 (记者吴长锋)记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉,该院稳态强磁场中心的郝宁宁研究员课题组,在拓扑新物态研究中取得最新进展,他们发现硫化铁化合物中存在一种交错二聚型反铁磁序,并且这种反铁磁序会调制体系进入一种新的拓扑物态:拓扑晶体反铁磁相。相关研究成果日前相继发表在欧洲物理学会《新物理学杂志》和美国物理学会杂志《物理评论》上。

  奇异拓扑量子态的探索和物性研究是近年来凝聚态物理的研究热点,主要包括拓扑绝缘体、拓扑超导体和拓扑半金属等。在二维拓扑超导体中,磁通涡旋可以产生并束缚鲁棒的能量严格为零的准粒子态,称为马约拉纳零模,对应高能物理中的马约拉纳费米子。马约拉纳费米子是电中性的,具有自共轭的性质,因而其反粒子就是它本身。尤其重要的是马约拉纳费米子满足非阿贝尔的分数统计,因而在拓扑量子计算上有广阔的应用前景。

  研究人员通过在超冷原子光晶格中引入p和d轨道来模拟和研究多轨道的超流性质。由于晶体对称性的引入,拓扑物态衍生出多种具有独特性质的分支,进而电子结构会被强烈地重构,会表现出很多新的特征,并且这些新特征和晶体的对称性破缺具有深刻的内在关联。研究人员发现,这种新的拓扑物态是由一种新的对称性保护的,并且非对称的时间反演对称性来源于反铁磁序导致的平移对称性破缺。

  这一研究将为今后包含电荷、自旋和轨道有序的系统中研究新奇的拓扑量子态提供了明确的指导和参照。

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