超导体|拓扑量子计算的各种平台及最新进展( 四 )_量子计算|拓扑|纳米线|科学|纳

拓扑材料单层、界面与异质结体系
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笼目结构材料是研究拓扑超导新的候选体系之一。具有二维笼目结构的材料能带中往往具有平带和类似于石墨烯的狄拉克型色散，因而能够诱导产生一系列关联拓扑物态。当这类材料进入超导态时，则有可能获得拓扑非平庸的超导态。中科大陈仙辉、王震宇课题组在准二维笼目超导CsVSb的表面上观测到了一个具有较大空间尺度的零能电导峰，该零能峰的空间分布与传统的超导涡旋态不同，而与拓扑绝缘体/超导体异质结中马约拉纳零能模的特征一致，被认为来源于拓扑非平庸的狄拉克表面态，为马约拉纳零能模。
在上述拓扑超导体系之外，近期的理论与实验研究也将潜在的拓扑超导材料拓展到其它单层、界面和异质结体系。中科大张振宇课题组理论研究了几何相位与电子关联的协同对体系拓扑性和超导性的影响，并结合第一性原理计算，预言单原子层PbBi合金是一种新型二维本征拓扑超导体系；中科大秦胜勇课题组实验上成功制备出元素配比可调的PbBi超导薄膜，其临界磁场随着铋含量的增加而增加，而超导转变温度呈现非线性变化。张振宇、崔萍课题组预言在STO衬底上的钴基材料CoX（X=As、Sb、Bi）是一类拓扑非平庸的高温超导体；中国科大曾长淦、秦胜勇课题组实验上已成功制备出CoSb和CoBi薄膜，其中CoSb的超导转变温度（约44K）超过麦克米兰极限，并在CoBi中观察到库伦阻塞和库伦能隙。
异质结方面，中科大封东来、复旦大学张童课题组成功生长出磁性-超导异质结MnTe/BiTe/Fe(Se,Te) ，并在零场下观察到零偏压电导峰和能隙内的束缚态。该异质结存在强DM相互作用因而可产生非共线磁结构，可能是这些束缚态的来源。这些围绕（准）二维拓扑超导体的探索与重要进展将为马约拉纳零能模的探测与编织提供可能的更优平台。
二维电子气的拓扑量子计算
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傅亮和Kane在理论上还提出了构筑在三维拓扑绝缘体表面的约瑟夫森三结器件以产生和调控马约拉纳零能模。中科院物理所吕力课题组在此方案上开展了长期的实验研究。他们在拓扑绝缘体与s波超导体的界面上率先观察到了支持类p波超导电性的零偏压电导峰，并制备成功了直流超导量子干涉器和射频超导量子干涉器，发现了该类器件中拓扑保护的能隙关闭。在此次会议上，吕力课题组报告了约瑟夫森三结这一拓扑量子电路的原型器件，观察到了作为4π周期能量-相位关系证据的线性能隙关闭，与该类约瑟夫森三结器件理论预期的马约拉纳相图一致。
在二维拓扑绝缘体边缘态和超导体界面实现马约拉纳零能模，是构筑拓扑量子计算平台的重要方案。其特殊优势在于，拓扑保护的本征一维通道将保证单对马约拉纳零能模的存在，以及相对容易利用半导体平面工艺扩展。实行该方案的主要挑战之一是制备高纯度的InAs/GaSb半导体材料并实现边缘态/超导体约瑟夫森结。北京大学杜瑞瑞课题组在该方向发表了一系列国际领先的工作。他们观察到InAs/GaAs的边缘态及其一系列的重要性质。近年来他们设计并生长了具有近室温能隙的InAs/GaInSb拓扑绝缘体，集中于深入研究材料的优化和异质结。最近该课题组已经实现高度透明的单晶铝/边缘态原位分子束外延生长，下阶段将进行直流或微波条件下的分数约瑟夫森效应实验。

超导体|拓扑量子计算的各种平台及最新进展( 四 )

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