拓扑超导是目前凝聚态物理研究中的一个重要前沿方向。拓扑超导体中能够激发出与自身反粒子等同的马约拉纳费米子，有助于实现容错性的拓扑量子计算。但自然存在的拓扑超导非常少见，在其他更容易制备的超导异质结中寻找马约拉纳零能模具有非常重要的科学意义。南京大学物理学院闻海虎教授、杨欢教授团队在铁基超导体FeTe0.55Se0.45上成功生长出纳米尺度的铋岛，并在一些Bi岛观测到在整个岛都存在的零能模，这些零能模符合马约拉纳模的特征，这一工作为研究拓扑超导态提供了一个新的材料平台【Nano. Lett. 20, 2965 (2020)】。最近，闻海虎教授团队对生长在FeTe0.55Se0.45衬底的铋岛上零能模随磁场的变化关系进行了研究，发现零能模随磁场增加表现出先增强后减弱的非单调关系，可能于磁场对岛上拓扑边缘态的调节有关【Phys. Rev. B. 110, 054510 (2024)】。
图1. (a) Bi岛红色实心点处测量的不同磁场下的零能模； (b) 不同Bi岛上零能模强度随磁场的变化关系。
图1a是在标号为7号Bi岛的相同位置测量的不同磁场的零能模。有趣的是，2 T磁场下零能峰强度比0 T磁场更强，而5 T磁场零能峰则出现减弱。我们在8-12号Bi岛进行了重复的测量，并取出零能模强度随磁场变化(图1b)。磁场小于2 T时，这些岛零能模强度均随磁场增加而增强；磁场大于2 T时，零能模强度出现减弱。因此，Bi岛零能模随磁场非单调的变化关系是一种普遍规律，可能与磁场对岛上拓扑边缘态的调节有关。这一结果为研究该平台中马约拉纳零能模的起源以及拓扑边缘态在磁场响应提供了重要的启发。
该最新成果是闻海虎教授、杨欢教授团队独立完成的，陈凯伦同学为文章第一作者，闻海虎教授和杨欢教授为共同通讯作者。此工作得到国家重点研发计划、自然科学基金等项目和“人工微结构科学与技术协同创新中心”的支持，在此表示感谢。