新闻网讯（通讯员 胡敬南）1月16日，《物理评论快报》在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心徐刚教授团队题为“Chiral Topological Superconductivity in Superconductor-Obstructed Atomic Insulator-Ferromagnetic Insulator Heterostructures”的研究成果。中心博士生胡敬南、物理学院本科生俞飞为论文共同第一作者，徐刚为论文通讯作者，中心博士生罗爱云、邹金雨讲师以及物理学院刘鑫教授、潘晓红博士后共同完成相关工作。

实现拓扑超导（TSC）和马约拉纳态（MSs）是基础物理和拓扑量子计算中最重要和最具挑战性的任务之一。由于本征的拓扑超导体（p波超导体）十分稀少，过去十几年中，人们提出了许多在拓扑绝缘体、具有Rashba自旋轨道耦合的半导体或磁性原子链的表面或界面，利用s波超导体的近邻效应诱导拓扑超导的异质结方案。其中，半导体-s波超导体异质结方案受到了广泛关注并在实验上取得了重要进展。随着研究的深入，该方案也面临两个重大的困难和挑战：一是半导体中普遍存在的多重子带问题，不仅使得TSC相更难调控实现，也会产生许多平庸的低能态与MS混淆；二是半导体中较小的Rashba自旋轨道耦合会影响超导相在塞曼场中的稳定性，增加了实验难度。

图（a）为利用阻塞原子绝缘体实现手性拓扑超导的示意图；图（b）为基于第一性原理计算得出的BdG能谱、wilson loop和拓扑相图。

本工作中，徐刚团队提出了一种在s波超导体（NbSe₂）-阻塞原子绝缘体（Nb₃Br₈）-铁磁绝缘体（CrI₃）异质结中实现二维手性拓扑超导的新方案（如图a所示）。阻塞原子绝缘体的表面天然存在与体能带分离良好的阻塞表面态，该阻塞表面态具有巨大的Rashba自旋轨道耦合，可以有效地避免多重子带问题。通过进一步定量分析，排除了铁磁绝缘体CrI₃带来的轨道效应，计算了超导近邻效应对于塞曼劈裂的稳定性，表明巨大的Rashba自旋轨道耦合更有利于获得稳定的超导电性，论证了该方案的先进性。计算结果证实，拓扑超导可以在较大的化学势和塞曼劈裂参数空间中稳定存在，并可以实现四个不同拓扑超导相（如图b所示），对应的超导Chern数分别是N=-1、-2、-3、3。最后，基于Nb₃Br₈的阻塞瓦尼尔心构成的三角晶格，构建了二维BdG哈密顿量，解析得到了整个拓扑相图。该工作扩展了阻塞原子绝缘体的应用，为实现高稳定的拓扑超导和马约拉纳态提供了新路线，将会引起拓扑超导和阻塞原子绝缘体研究领域的广泛关注。

该研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.036601