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3篇Science | 西湖大学李牮在粒子物理学取得重大

 作者: 来源:TOP大学来了 发布时间:2019/6/15 16:28:11 字体大小:

iNature

2019年6月13日,浙江西湖高等研究院李牮(共同第一作者)与美国普林斯顿大学物理系教授Ali Yazdani实验组,Sangjun Jeon及Andrei Bernevig理论组合作,在Science上发表了题为“Observation of a Majorana zero mode in a topologically protected edge channel”的研究论文,该研究使用扫描隧道显微镜测量来探测接近感应超导和磁性对Bi(111)薄膜的螺旋铰链状态的影响,Bi(111)薄膜生长在超导Nb衬底上并用磁性Fe团簇装饰。与模型计算一致,揭示了在超导螺旋边缘通道和沿着边缘具有强磁化分量的Fe团簇之间的界面处出现的局部马约拉纳粒子零模式(MZM)。 该实验还解决了MZM的自旋特征,这种特征将其与超导体中零能量时可能意外发生的琐碎的间隙状态区分开来;

2017年11月10日,浙江西湖高等研究院李牮与美国普林斯顿大学物理系教授Ali Yazdani实验组及Andrei Bernevig理论组合作,在Science上发表了题为“Distinguishing a Majorana zero mode using spin resolved measurements”的研究论文,报道了在扫描隧道显微镜中观测到马约拉纳粒子及其独特的自旋特性,这一发现可能为新的量子计算打开大门。李牮博士在此次研究中作了主要的理论贡献,是Science论文的共同第一作者;

2014年10月2日,美国普林斯顿大学物理系教授Ali Yazdani团队(李牮共同第一作者)在Science发表题为“Observation of Majorana fermions in ferromagnetic atomic chains on a superconductor”的研究论文,预计马约拉纳粒子将定位于拓扑超导体的边缘,这是一种物质状态,当铁磁系统放置在具有强自旋轨道相互作用的传统超导体附近时可形成。为了实现一维拓扑超导体,研究人员在超导铅(Pb)表面制备了铁磁性铁(Fe)原子链。使用高分辨率光谱成像技术,表明超导的开始,它消除了大部分Fe链中的电子态密度,伴随着零能量终态的出现。这种空间分辨的特征为原子链中形成拓扑相和边缘束缚的马约拉纳费米子提供了强有力的证据,这些证据得到了其他观察的证实。

▲ 论文截图

该研究团队使用了增强的成像技术,通过扫描隧道显微镜,在铅晶体表面生长的铁原子链的两端,捕捉到了马约拉纳粒子的信号。他们的研究方法还包括测量一种被称为自旋的独特的量子特性——对这一特性的测量可以区分马约拉纳粒子和材料中可能出现的其他类型的准粒子,并有机会为该系统应用于量子信息传输做出铺垫。

这一发现建立在该团队2014年的研究成果之上,当时的研究成果也发表在Science杂志上,发现在超导铅表面生长的铁原子链中存在马约拉纳粒子。在这项研究中,扫描隧道显微镜第一次被用于观察马约拉纳粒子,但当时并没有提供其他对马约拉纳粒子特性的观测。

▲ 以上为实验示意图。自旋极化扫描隧道显微镜探针用于探测超导体铅表面铁原子链末端的马约拉纳粒子量子波函数的自旋特性。图片由普林斯顿大学Ali Yazdani实验室提供。

此次研究发现的马约拉纳粒子的量子自旋特性,不仅进一步证实了马约拉纳粒子在该系统中的存在性,而且开辟了将其应用于量子信息等领域的可能性。例如,两端带有马约拉纳粒子的金属线可以用来在空间分隔一定距离的自旋量子比特之间传递信息——电子自旋和马约拉纳粒子间的纠缠可能正是下一步的研究方向。

▲ 李牮老师在开学典礼Book of Knowledge内签字

(来源:TOP大学来了)

信源地址:/html/shownews.aspx          
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