【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】拓撲量子計算可有效抵抗雜質(zhì)、相互作用等的擾動，從而解決量子退相干與糾錯的問題，實現(xiàn)容錯量子計算。本征拓撲超導(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，是實現(xiàn)拓撲量子計算的主要方案之一。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拓撲保護的影響以及磁場/磁性雜質(zhì)引入的其他低能態(tài)等問題，是當(dāng)前凝聚態(tài)物理研究的前沿方向。然而，由于馬約拉納費米子的自反性的限制，目前只有少數(shù)具有奇宇稱配對態(tài)的材料被認定為拓撲超導(dǎo)體候選材料。注冊儀表網(wǎng)，馬上發(fā)布/獲取信息
 

　　非中心對稱超導(dǎo)體由于空間反演對稱破缺，非對稱的晶體勢場會產(chǎn)生反對稱的自旋-軌道耦合，致使自旋簡并的能級劈裂成兩條自旋取向相反的能帶。這時超導(dǎo)配對波函數(shù)可以是偶宇稱和奇宇稱的疊加，導(dǎo)致非常獨特的超導(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，有望實現(xiàn)拓撲超導(dǎo)。其中，YPtBi備受關(guān)注。μSR等測量表明YPtBi超導(dǎo)能隙存在節(jié)點，因而YPtBi可能具有非常規(guī)的超導(dǎo)電性。此外，能帶反轉(zhuǎn)使費米面附近的電子具有j=3/2的總角動量，可能使形成庫珀對的電子具有超越自旋三重態(tài)的自旋五重或七重態(tài)配對模式。理論提出了多種可能的配對形式，例如單態(tài)+七重態(tài)配對、單態(tài)+五重態(tài)配對等。而由于YPtBi超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和載流子濃度均很低，實驗具有較大挑戰(zhàn)，一直缺乏對YPtBi超導(dǎo)態(tài)的微觀實驗表征。
 

　　近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心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隊、上海科技大學(xué)教授郭艷峰團隊合作，在高質(zhì)量YPtBi單晶樣品上開展了核磁共振(NMR)實驗。實驗克服了弱場下核磁共振測量信號小的困難，使用極低溫與極低頻NMR技術(shù)，借助195Pt核對YPtBi的正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)性質(zhì)開展了全面研究。在正常態(tài)，實驗發(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。進入到超導(dǎo)態(tài)后，1/T1在Tc之下沒有出現(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，實驗觀察到，在進入超導(dǎo)態(tài)后NMR譜發(fā)生了明顯移動，表明自旋磁化率在進入超導(dǎo)態(tài)后出現(xiàn)了下降。科研人員在通過高壓核磁共振實驗測量得到軌道磁化率對奈特位移的貢獻后發(fā)現(xiàn)自旋磁化率在零溫極限下依然是有限值。對于偶宇稱超導(dǎo)體，各個晶體方向的自旋磁化率都應(yīng)在零溫時趨近0；而對于奇宇稱超導(dǎo)體，庫伯對則會貢獻自旋磁化率。因此，當(dāng)超導(dǎo)配對波函數(shù)出現(xiàn)偶宇稱和奇宇稱的疊加時，自旋磁化率并不會下降到0(零溫極限下)。實驗結(jié)果表明，YPtBi的超導(dǎo)配對波函數(shù)有偶宇稱和奇宇稱的疊加，并通過對1/T1的多能隙擬合，最終得到Y(jié)PtBi的能隙配對對稱性可能是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的能隙配對對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)、拓撲能帶結(jié)構(gòu)和電子關(guān)聯(lián)之間的關(guān)系提供了平臺，值得對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《物理評論快報》(Physics Review Letters)上，并被選為Editors' Suggestion。《物理評論快報》Synopsis欄目發(fā)表了題為Unconventional Spin States in YPtBi的專題科普報道。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(B類)等的支持。