科學家首次在超導塊體材料中發現馬約拉納任意子

科技日報記者 李大慶

近期，中國科學院物理研究所/中國科學院大學高鴻鈞和丁洪領導的聯合團隊，首次在超導塊體材料中觀察到了馬約拉納任意子。該成果對構建未來量子計算機有重要意義。相關論文北京時間8月17日在線發表在《科學》上。

1937年，意大利理論物理學家馬約拉納預言了自旋為1/2的中性費米子，其反粒子就是它本身。之後人們便把這種粒子稱為馬約拉納費米子。馬約拉納費米子不帶電荷，理論上認為馬約拉納費米子是由粒子及其反粒子構成。神奇的是，當一個馬約拉納費米子被束縛在一“點”上時，就變成了兩個馬約拉納任意子。

此前，國際多個研究組分別宣稱找到了馬約拉納任意子的證據。然而，這些馬約拉納任意子存在的體系都需要建造一個極其特殊、條件苛刻的異質結構，工藝複雜，並且需要極低溫（小於1K，即低於-272℃）條件。

而高鴻鈞和丁洪領導的國際合作團隊，首次在超導塊體材料中發現馬約拉納任意子。他們利用自主設計、集成研製的超高真空-極低溫-強磁場-掃描隧道顯微鏡-分子束外延-低能電子衍射聯合系統，對美國布魯克海文國家實驗室提供的FeTe0.55Se0.45樣品展開系列探索，發現了馬約拉納任意子。進一步實驗發現該馬約拉納任意子在6 T（特斯拉）以下磁場以及4 K以下溫度都能穩定存在。

這是科學家第一次在單一塊體超導材料中發現高純度的馬約拉納任意子，能在相對高的溫度下實現。這預示著在其它的多能帶高溫超導體裡也可能存在馬約拉納任意子，為馬約拉納物理的研究開闢新的方向。此外，科學家認為，該成果對構建穩定的、高容錯、可拓展的未來量子計算機有重要意義。