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

圖1: 周期光場驅動、產生手性拓撲超導性以及馬約拉納邊界模式的示意圖。

拓撲超導電性是當代凝聚態物理中的重要研究領域。拓撲超導體可實現受拓撲保護并遵循非阿貝爾統計的馬約拉納零能模，被認為是拓撲量子計算的基礎構建單元。因此，在實驗可行的范圍內構建和操控拓撲超導態非常重要。近年來，基于周期驅動的 Floquet 工程為設計高可調性的拓撲量子態提供了強有力的工具，并在超快時間尺度上動態操控拓撲物態以及產生新奇量子現象的研究中得到了廣泛應用。盡管前期關于 Floquet 拓撲超導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系統的研究卻非常少見。到目前為止，大多數研究都集中在具有能隙的拓撲超導體，鮮有探索周期光場驅動下拓撲節點超導體的演化規律及其拓撲相變。相對于有能隙的拓撲超導系統，通過光場操控擁有對稱保護節點或節線的超導體有望衍生出更為豐富的拓撲超導現象。

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

圖2：(a)Floquet手性拓撲超導系統的相圖。(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系統Floquet手性拓撲超導電性的理論方案，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。物理學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，重慶大學為第一單位，物理學院曾俊杰博士也參與了該工作。

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

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

來源：物理學院

作者：寧震