近日，重慶大學物理學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撲超導電性，建立了手性拓撲超導電性與破壞時間反演對稱電荷密度波序之間的關聯，揭示了上述拓撲超導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行為的特性。相關研究以Chiral-flux-phase- d topological superconductivity in kagome systems with mixed edge chiralities 為題于2023年08月25日發表在物理學頂級期刊《物理評論快報》(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象，例如非平庸的能帶拓撲、相互交織的超導以及非常規電荷密度波序，是當前凝聚態物理研究的前沿熱點之一。迄今為止，籠目晶格材料AV3Sb5中超導電性的庫柏對配對對稱性尚無定論，超導和電荷密度波序的共存可引起新的演生量子現象還有待研究。

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s波和d波超導配對協作下產生的量子態。理論計算表明，破壞時間反演對稱性的2×2電荷密度波手性通量相 [如圖1(a) 所示] 可導致具有非平庸陳數的手性拓撲超導態，揭示了一種無需磁場驅動的手性拓撲超導產生機制。通過譜函數信息研究人員發現，該拓撲超導態具有奇數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，而是呈現出手性混合的狀態，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過程時會具有特殊的響應行為。為了研究這一行為，研究人員進一步構建了兩端口輸運結構，以圖1(c) 所示拓撲超導相為例，通過非平衡格林函數方法研究了其手征邊界態的輸運信號。如圖2(a)-(c) 所示，當導線均處于量子反常霍爾效應態時，該拓撲超導相的手征邊界態給出單位平臺的透射信號；而當導線均處于普通金屬態時，如圖2(d) 所示，對應的平臺信號變成了二分之三。

兩端口輸運系數隨化學勢變化的行為?？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撲超導電性與破壞時間反演對稱電荷密度波序之間的關聯，揭示了上述拓撲超導相中特殊混合手性的馬約拉納邊界模，并給出可供實驗驗證的量子輸運特性。該項工作為理解最近發現的籠目材料AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs) 中豐富的交織量子現象提供了重要途徑。重慶大學物理學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，重慶大學為第一單位，重慶大學物理學院本科生楊訊參與了該工作，合作者還包括石家莊學院的李慶明博士。該工作得到了國家自然科學基金、重慶自然科學基金和中央高校基本科研等項目的資助。

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