我科学家成功调控马约拉纳零能模阵列

科技日报记者 陆成宽

8日，《自然》发表了一项关于马约拉纳零能模的重要成果。我国科学家首次在铁基超导材料锂铁砷中成功调控大面积、高度有序的马约拉纳零能模格点阵列。这一成果对实现马约拉纳零能模的编织以及拓扑量子计算具有里程碑意义。

故事要从基本粒子开始。探寻构成物质的基本单位，是上百年来物理学家孜孜不倦的追求。他们把构成物质最小、最基本的单位称为“基本粒子”。按照统计规律的不同，基本粒子可分为玻色子和费米子两大类。比如，光子属于玻色子，电子属于费米子。对费米子而言，大多数费米子的反粒子与它本身不同。

然而，1937年，意大利理论物理学家马约拉纳预言，自然界可能存在一种与其反粒子完全相同的特殊粒子，也就是马约拉纳费米子。但此后的80多年里，粒子物理学家始终未能在广袤宇宙中找到该粒子存在的确切证据。

幸运的是，在物理学的另一大分支——凝聚态物理领域，理论研究表明，在固体材料中可能会出现与马约拉纳费米子类似的基本粒子，这种基本粒子被称为马约拉纳准粒子或马约拉纳零能模。

这种准粒子对局部变化不敏感，有望作为稳定的拓扑量子比特应用在自容错的量子计算机上。量子计算的主要挑战在于量子态很容易受环境的干扰，产生退相干现象，使得计算过程中会不断地产生错误。而由马约拉纳零能模组成的非局域拓扑量子比特可以从原理上解决传统量子计算无法避免的量子退相干问题，引起了研究人员的广泛关注。

2018年，中科院物理所高鸿钧研究团队与其他研究团队合作，利用其自主设计组装的极低温强磁场扫描隧道显微镜，首次在铁基超导材料铁碲硒中观测到纯净的马约拉纳零能模。随后，他们又在其他铁基超导材料中观测到马约拉纳零能模。

然而，这些铁基超导材料存在着组分不均一、马约拉纳零能模占比低等问题，阻碍了对马约拉纳零能模的进一步研究和应用。

“如何突破当前研究瓶颈，获得大面积、高度有序且可调控的马约拉纳零能模阵列，向拓扑量子计算更进一步，是当前铁基超导马约拉纳领域亟待解决的问题之一。”高鸿钧表示。

近几年，高鸿钧研究团队对铁基超导体锂铁砷进行了细致而深入的研究。功夫不负有心人！利用多年积累的强大的扫描隧道显微镜研究平台和丰富的研究经验，研究人员通过实验发现，应力可以诱导出大面积、高度有序和可调控的马约拉纳零能模阵列，并观测到了调控引起的马约拉纳零能模相互作用。

对此，高鸿钧表示，这项研究为下一步实现马约拉纳零能模的编织以及拓扑量子计算奠定了坚实的基础。

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