近日，重慶大學(xué)物理學(xué)院王銳教授和許東輝副教授課題組從理論上研究了新型籠目晶格材料中基于手性通量相的拓?fù)涑瑢?dǎo)電性，建立了手性拓?fù)涑瑢?dǎo)電性與破壞時(shí)間反演對稱電荷密度波序之間的關(guān)聯(lián)，揭示了上述拓?fù)涑瑢?dǎo)相中特殊混合手性的馬約拉納邊界模，并探究了其量子輸運(yùn)行為的特性。相關(guān)研究以Chiral-flux-phase- d topological superconductivity in kagome systems with mixed edge chiralities 為題于2023年08月25日發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)上 [Phys. Rev. Lett. 131, 086601 (2023)]。

以 AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs) 為代表的新型籠目晶格體系因其承載的多種新奇量子現(xiàn)象，例如非平庸的能帶拓?fù)洹⑾嗷ソ豢椀某瑢?dǎo)以及非常規(guī)電荷密度波序，是當(dāng)前凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。迄今為止，籠目晶格材料AV3Sb5中超導(dǎo)電性的庫柏對配對對稱性尚無定論，超導(dǎo)和電荷密度波序的共存可引起新的演生量子現(xiàn)象還有待研究。

手性通量相和混合手性的手征馬約拉納邊界模

針對以上情況，該課題組系統(tǒng)研究了籠目晶格體系中三種可能的電荷密度波序與自旋單態(tài)s波和d波超導(dǎo)配對協(xié)作下產(chǎn)生的量子態(tài)。理論計(jì)算表明，破壞時(shí)間反演對稱性的2×2電荷密度波手性通量相 [如圖1(a) 所示] 可導(dǎo)致具有非平庸陳數(shù)的手性拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)，揭示了一種無需磁場驅(qū)動(dòng)的手性拓?fù)涑瑢?dǎo)產(chǎn)生機(jī)制。通過譜函數(shù)信息研究人員發(fā)現(xiàn)，該拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)具有奇數(shù)支無能隙的馬約拉納邊界模的，然而，馬約拉納邊界模并非單一手性，而是呈現(xiàn)出手性混合的狀態(tài)，如圖1(b)-(c) 所示。

這種具有混合手性的馬約拉納邊界模在參與輸運(yùn)過程時(shí)會具有特殊的響應(yīng)行為。為了研究這一行為，研究人員進(jìn)一步構(gòu)建了兩端口輸運(yùn)結(jié)構(gòu)，以圖1(c) 所示拓?fù)涑瑢?dǎo)相為例，通過非平衡格林函數(shù)方法研究了其手征邊界態(tài)的輸運(yùn)信號。如圖2(a)-(c) 所示，當(dāng)導(dǎo)線均處于量子反常霍爾效應(yīng)態(tài)時(shí)，該拓?fù)涑瑢?dǎo)相的手征邊界態(tài)給出單位平臺的透射信號；而當(dāng)導(dǎo)線均處于普通金屬態(tài)時(shí)，如圖2(d) 所示，對應(yīng)的平臺信號變成了二分之三。

兩端口輸運(yùn)系數(shù)隨化學(xué)勢變化的行為?？s寫含義：NET=正常電子透射，LAR/CAR=局域/交叉安德烈夫反射

該工作首次建立了手性拓?fù)涑瑢?dǎo)電性與破壞時(shí)間反演對稱電荷密度波序之間的關(guān)聯(lián)，揭示了上述拓?fù)涑瑢?dǎo)相中特殊混合手性的馬約拉納邊界模，并給出可供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的量子輸運(yùn)特性。該項(xiàng)工作為理解最近發(fā)現(xiàn)的籠目材料AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs) 中豐富的交織量子現(xiàn)象提供了重要途徑。重慶大學(xué)物理學(xué)院博士后曾俊杰博士為該工作第一作者，王銳教授和許東輝副教授為共同通訊作者，重慶大學(xué)為第一單位，重慶大學(xué)物理學(xué)院本科生楊訊參與了該工作，合作者還包括石家莊學(xué)院的李慶明博士。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、重慶自然科學(xué)基金和中央高校基本科研等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.086601