近日，重慶大學(xué)物理學(xué)院王銳教授與許東輝教授課題組在周期光場驅(qū)動調(diào)控反鐵磁超導(dǎo)系統(tǒng)，產(chǎn)生手性拓撲超導(dǎo)理論研究方面取得重要進展。相關(guān)研究成果以“Flexible Control of Chiral Superconductivity in Optically Driven Nodal Point Superconductors with Antiferromagnetism”為題發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters) [Phys. Rev. Lett. 133, 246606(2024)]。

圖1: 周期光場驅(qū)動、產(chǎn)生手性拓撲超導(dǎo)性以及馬約拉納邊界模式的示意圖。

拓撲超導(dǎo)電性是當(dāng)代凝聚態(tài)物理中的重要研究領(lǐng)域。拓撲超導(dǎo)體可實現(xiàn)受拓撲保護并遵循非阿貝爾統(tǒng)計的馬約拉納零能模，被認為是拓撲量子計算的基礎(chǔ)構(gòu)建單元。因此，在實驗可行的范圍內(nèi)構(gòu)建和操控拓撲超導(dǎo)態(tài)非常重要。近年來，基于周期驅(qū)動的 Floquet 工程為設(shè)計高可調(diào)性的拓撲量子態(tài)提供了強有力的工具，并在超快時間尺度上動態(tài)操控拓撲物態(tài)以及產(chǎn)生新奇量子現(xiàn)象的研究中得到了廣泛應(yīng)用。盡管前期關(guān)于 Floquet 拓撲超導(dǎo)電性的理論研究取得了一系列重要進展，但周期光場下實際拓撲超導(dǎo)系統(tǒng)的研究卻非常少見。到目前為止，大多數(shù)研究都集中在具有能隙的拓撲超導(dǎo)體，鮮有探索周期光場驅(qū)動下拓撲節(jié)點超導(dǎo)體的演化規(guī)律及其拓撲相變。相對于有能隙的拓撲超導(dǎo)系統(tǒng)，通過光場操控擁有對稱保護節(jié)點或節(jié)線的超導(dǎo)體有望衍生出更為豐富的拓撲超導(dǎo)現(xiàn)象。

基于上述問題，課題組基于一類最近實驗上合成的反鐵磁-超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)，提出利用橢圓偏振光操控其中的節(jié)點超導(dǎo)相，產(chǎn)生具有全局能隙Floquet手性拓撲超導(dǎo)的理論方案（圖1為示意圖）。進一步研究表明，通過改變光場參數(shù)（光強，角度）將實現(xiàn)不同能谷對（Valley pair）的同時產(chǎn)生和湮滅，這一過程伴隨著不同陳數(shù)表征的手性拓撲超導(dǎo)相轉(zhuǎn)變（見圖 2）。

圖2：(a)Floquet手性拓撲超導(dǎo)系統(tǒng)的相圖。(b)-(d)橢圓偏振光對能谷對的操控。

該工作不僅建立了反鐵磁超導(dǎo)系統(tǒng)Floquet手性拓撲超導(dǎo)電性的理論方案，還為進一步實驗探索其中的馬約拉納費米子提供了理論依據(jù)。物理學(xué)院寧震博士和馬大帥博士為該工作第一作者，王銳教授和許東輝教授為共同通訊作者，重慶大學(xué)為第一單位，物理學(xué)院曾俊杰博士也參與了該工作。

相關(guān)文章鏈接為：https://.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.246606，該工作得到了國家自然科學(xué)基金、理論物理?？?、重慶自然科學(xué)基金和中央高校基本科研等項目的資助。

據(jù)悉，近年來王銳教授與許東輝教授課題組在周期光場驅(qū)動、調(diào)控拓撲態(tài)方面開展了系列理論工作。最近，課題組受邀在Quantum Frontiers發(fā)表綜述文章[Quant. Front. 3,21(2024)]，回顧了從有效模型到實際材料中的Floquet拓撲物態(tài)取得的一些重要理論進展，并討論了該領(lǐng)域的未來發(fā)展方向以及在實驗中所面臨的挑戰(zhàn)。

來源：物理學(xué)院

作者：寧震