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拓扑超导

CuxBi2Se3中向列超导态的直接观测

发布日期:2019-01-03   

众所周知,拓扑超导体是Majorana费米子和Majorana零能模的载体,这种材料在拓扑量子计算上有着广阔的应用前景。在众多可能的拓扑超导材料里,最典型的一类是Cu(NbSr)插层的Bi2Se3超导体。

CuxBi2Se3具有3K左右的体超导和拓扑表面态,一直被理论和实验研究认为具有拓扑超导电性,而且最近的研究表明其超导态具有向列性,破缺了晶格的三重旋转对称性。为了更加系统的获得这个材料的微观特性和超导机理,我们利用极低温扫描隧道显微镜(STM),从原子尺度上直接探测了这个材料的超导态性质及其对矢量磁场的响应。在垂直磁场下,我们在该材料表面观测到了拉伸的磁通和磁通晶格,部分磁通里还存在零偏压电导峰,与拓扑超导体中预言的Majorana零能模相一致。通过施加水平磁场,我们发现超导能隙的大小对水平磁场的施加方向表现出了二度对称性,0.5T下能隙二度对称性的长轴是沿着六角晶格的镜面方向的,但是在1.0T水平磁场下会发生微弱偏移。根据以上的实验结果,我们首次展现了CuxBi2Se3中向列 (Nematic)超导态的微观图像,并半定性的给出该材料的超导能隙结构是无节点的Δ4x对称性,为后续理论研究提供了依据。

图:122 FeAs超导体相图,(π, π) nematicity是文中新发现的电子态