近年來，鐵基高溫超導(dǎo)體作為自賦性拓?fù)涑瑢?dǎo)體，引起了科研人員的興趣。理論研究表明，鐵基高溫超導(dǎo)體是一個(gè)理想的實(shí)現(xiàn)Majorana零能模的體系；科研人員在多個(gè)鐵基材料表面觀測(cè)到Majorana零能模，揭開了在鐵基超導(dǎo)體系中探尋Majorana零能模的序幕，這使鐵基超導(dǎo)體可能成為拓?fù)溆?jì)算的載體。

但目前的研究與鐵基超導(dǎo)態(tài)最根本的性質(zhì)——非常規(guī)電子配對(duì)，沒有直接聯(lián)系。在有電子和空穴費(fèi)米面的鐵基超導(dǎo)體中，既有理論研究預(yù)言了非常規(guī)s±配對(duì)——空穴型費(fèi)米面和電子型費(fèi)米面超導(dǎo)序參量反號(hào)。雖然該預(yù)言得到了一些實(shí)驗(yàn)的間接支持，但是缺乏像在銅基高溫超導(dǎo)對(duì)d-波配對(duì)那樣的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心凝聚態(tài)理論與材料計(jì)算實(shí)驗(yàn)室T06組研究員胡江平與美國(guó)賓西法利亞州立大學(xué)、維爾茨堡大學(xué)和上海理工大學(xué)的科研人員合作，提出了一類基于鐵基非常規(guī)配對(duì)的拓?fù)涑瑢?dǎo)體。它們具有邊界阻礙導(dǎo)致的高階拓?fù)涮卣骱陀墒中詫?duì)稱性保護(hù)的“角”或“棱”（hinge）Majorana零能模式；預(yù)言112家族鐵砷超導(dǎo)體系，由于具有本征量子自旋霍爾態(tài)-高溫超導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)，是理想的實(shí)現(xiàn)體系。112家族的Tc最高達(dá)47 K，該體系的拓?fù)湫再|(zhì)由胡江平研究組最先預(yù)言（X. Wu et al. Phys. Rev. B 91，081111(R) (2015) )。

該研究首次在實(shí)際的材料體系中預(yù)言了高階拓?fù)涑瑢?dǎo)量子態(tài)，提供了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)Majorana零能模的新體系；將鐵基的非常規(guī)配對(duì)和拓?fù)湫再|(zhì)直接聯(lián)系起來，由于拓?fù)湫再|(zhì)的魯棒性（robustness），提供了鐵基超導(dǎo)體s±配對(duì)的決定性實(shí)驗(yàn)判別手段（smoking gun）。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Physical Review X上。研究工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

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圖1.（Ca，La）FeAs2的晶體結(jié)構(gòu)和費(fèi)米面以及高階拓?fù)湫纬傻闹庇^圖像：（a）晶體結(jié)構(gòu)，（b）As1層的晶格模型，（c）（Ca，La）FeAs2費(fèi)米面和超導(dǎo)序參量以及角上Majorana零能模形成的直觀解釋：藍(lán)色和紅色表示超導(dǎo)序參量的符號(hào)不同，灰色的圓表示兩個(gè)棱交叉的角產(chǎn)生的Majorana零能模

圖2.拓?fù)湫再|(zhì)的計(jì)算結(jié)果：（a）（010）邊界態(tài)的邊界繞數(shù)，（b）拓?fù)湎嘧冎羞吔缋@數(shù)隨體系尺寸的變化。（c）Majorana模式的能量（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）隨體系尺寸的變化，（d）Majorana模式波函數(shù)實(shí)空間分布