合肥研究院拓扑新物态研究获进展学术资讯

近日，合肥物质科学研究院强磁场科学中心郝宁宁课题组在拓扑新物态研究中取得新进展，相关研究成果以Topological orbital superfluid with chiral d-wave order in a rotating optical lattice和Topological crystalline antiferromagnetic state in tetragonal FeS为题，分别发表在New journal of physics、Physical Review B上。

奇异拓扑量子态的探索和物性研究是近年来凝聚态物理的研究热点之一，包括拓扑绝缘体、拓扑超导体和拓扑半金属等。在二维拓扑超导体中，磁通涡旋可以产生并束缚鲁棒的能量严格为零的准粒子态，称为马约拉纳零模，对应高能物理中的马约拉纳费米子。马约拉纳费米子是电中性的，具有自共轭的性质，因而其反粒子就是它本身。重要的是，马约拉纳费米子满足非阿贝尔的分数统计，因而在拓扑量子计算上有广阔的应用前景。目前，在凝聚态物理中广泛研究的拓扑超导体系都是基于超导近邻效应的异质结，由于不同材料的界面，杂质效应和极弱超导能隙，拓扑超导以及马约拉纳零模的观测存在一系列不可控的困难。由于界面自旋轨道耦合在此类体系中具有重要作用，研究人员发现在多轨道体系中，具有相反宇称的轨道间的耦合等价于界面自旋轨道耦合，基于此原理，研究人员通过在超冷原子光晶格中引入p和d轨道来模拟和研究多轨道的超流性质。相关研究为后续在多轨道的非常规超导化合物中研究外界调控导致的拓扑超导，以及相关的马约拉纳费米子物理提供了指导。

由于晶体对称性的引入，拓扑物态衍生出多种具有独特性质的分支，比如拓扑晶体绝缘体。在很多化合物中，不同的序（比如电荷密度波和反铁磁序）会降低晶体的对称性，进而电子结构会被强烈的重构，因而表现出很多新特征，并且这些新特征和晶体的对称性破缺具有深刻的内在关联。研究人员发现，FeS化合物中存在一种交错二聚型反铁磁序，并且这种反铁磁序会调制体系进入一种新的拓扑物态：拓扑晶体反铁磁相。这种新的拓扑物态是由一种新的对称性保护的，称之为非对称的时间反演对称性，用以区别一般的时间反演对称性，并发现非对称的时间反演对称性来源于反铁磁序导致的平移对称性破缺。相关研究为后续在包含电荷、自旋和轨道有序的系统中研究新奇的拓扑量子态提供了指导和参照。

研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金以及中科院百人计划等的支持。