image: β-Bi2Pd薄膜中异常增大的拓扑表面态超导能隙 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
科学家一直在寻找马约拉纳费米子，由于它的非阿贝尔任意子性质可以用来拓扑量子计算。近期实验物理学家证实在FeTe0.55Se0.45 等铁基材料的超导磁通涡旋核心存在马约拉纳零能束缚态。大的拓扑表面态超导能隙将有效保护马约拉纳零能束缚不受平庸的低能激发态影响。作为拓扑超导候选材料的β-Bi2Pd，之前的扫描隧道谱实验给在其薄膜体系中，在超导磁通涡旋核心观察到零能峰，并观察到除体态1 meV能隙外约3 meV的大能隙；然而在β-Bi2Pd单晶材料中却仅观察到一个∼0.8 meV的体态能隙。为了确定大能隙的来源，从动量空间中研究薄膜材料的拓扑超导性质尤为重要。
中国科学院物理研究所丁洪研究院和孙煜杰副研究员带领团队通过分子束外延方法生长高质量的四方向结构的β-Bi2Pd薄膜，并利用原位角分辨光电子能谱仪研究其超导性质。在β-Bi2Pd薄膜材料中，在费米能附近观测到清晰的拓扑表面态，并在拓扑表面态上观测到异常增大的超导能隙∼3.8 meV。为了理解薄膜体系和单晶体系的不同，同时利用上海同步辐射装置测量了石友国研究员组提供的高质量的β-Bi2Pd单晶材料的能带结构。通过能带对比，确定在薄膜中化学式相对单晶向上移动，并与物理所翁洪明研究员组合作，通过slab计算得到费米能处的拓扑表面态权重在薄膜中高于单晶材料，定性支持拓扑表面态狄拉克电子加强的宇称混合的机理来增强拓扑表面态超导能隙，使得拓扑表面态出现大能隙无自旋的p波配对。实验结果给出β-Bi2Pd薄膜是具有增强的拓扑超导能隙的唯一材料。
β-Bi2Pd作为拓扑超导的候选材料，其异常增大的拓扑表面态超导能隙提供了一个新的平台来保护或稳定马约拉纳零能模。
该工作的合作者有物理所丁洪研究组、翁洪明研究组、石友国研究组、上海同步辐射光源的黄耀波。
更多详情请阅原文：
题目：Experimental evidence of anomalously large superconducting gap on topological surface state of β-Bi2Pd film
作者：Jian-Yu Guan, Lingyuan Kong, Li-Qin Zhou, Yi-Gui Zhong, Hang Li, Hai-Jiang Liu, Cen-Yao Tang, Da-Yu Yan, Fa-Zhi Yang, Yao-Bo Huang, You-Guo Shi, Tian Qian, Hong-Ming Weng, Yu-Jie Sun, Hong Ding
出版信息：Science Bulletin, 2019, 64(17) 1215-1221
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927319304165
###
Journal
Science Bulletin