信息来源：贾金锋研究组

最近，《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 114, 017001 (2015)】报道了上海交通大学大学物理与天文系贾金锋教授研究组与浙江大学许祝安、张富春，南京大学王强华，清华大学薛其坤和美国滨州州立大学刘荧等教授的合作研究成果。他们利用极低温、强磁场扫描隧道显微镜对Bi2Te3/NbSe2拓扑绝缘体/超导体异质表面的量子磁通涡旋和位于其中的束缚态进行了深入研究，首次在这一体系当中观察到了Majorana费米子存在的迹象。这为在实验上进一步深入研究Majorana费米子，并实现对其的量子调控奠定了基础。

Majorana费米子是与其自身的反粒子同体的一类奇特的费米子。在凝聚态系统当中，有理论研究表明，有些准粒子的行为也是符合Majorana方程所描述的，而且，这些Majorana准粒子遵循非阿贝尔统计规律，可用于容错型量子计算，从而成为众多凝聚态物理学家的关注焦点。我系贾金锋教授团队在前期工作中成功地在常规超导体表面生长出了高质量的拓扑绝缘体薄膜（见图a），并在实验上证实了这类拓扑绝缘体/超导体异质结的表面是拓扑超导体，为观测Majorana费米子奠定了必要的材料制备基础。这一系列工作发表于2012年的《Science》和2014年的《Phys. Rev. Lett.》等学术期刊上。

(a)  拓扑绝缘体/超导体异质结模型图；(b)在异质结表面上观测到的量子磁通涡旋；(c，d)在磁通涡旋中观测到的束缚态的空间分布图。前者的Bi2Te3 薄膜厚度小，没有Majorana费米子存在，束缚态为V-shape劈裂；后者的厚度增大后出现了Majorana费米子，所以束缚态呈现Y- shape劈裂。

最近，贾金锋教授团队详细的研究分析了Bi2Te3/NbSe2拓扑绝缘体/超导体异质结表面的量子磁通涡旋(上图b)当中的束缚态的空间分布，发现当Bi2Te3非常薄，拓扑表面态尚未形成时，束缚态在空间的分布呈现V-Shape的劈裂行为（上图c），这种行为与普通超导体上的一致；而当Bi2Te3厚度增加，拓扑表面态形成后，其束缚态在空间的分布呈现Y-Shape的劈裂行为（上图d），是在普通超导中从未报道过的新现象，可以用Majorana费米子的存在来很好地解释。此外，当加大磁场时，量子磁通涡旋间距变小，它们间的相互作用会使Majorana费米子湮灭，这时Y-Shape的劈裂行为又会变为V-shape。自洽的证据在实验上初步揭开了Majorana费米子的面纱，也为进一步实现对Majorana费米子的调控奠定了基础。

本工作得到了多个国家自然科学基金以及科技部973量子调控项目的资助。