超导体最新研究论文

与传统超导材料相比，高温超导体在温度高得多的条件下，承担着零电阻导的电。自从30多年前被发现以来，由于其在磁悬浮列车和长距离电线等技术上具有革命性的潜力，使得人们对高温超导体产生了极大的兴趣，但是科学家们仍然不明白高温超导体的原理是什么。其中一个谜团是，电荷密度波（在材料中运行的电子密度高低的静态条纹）已经在高温超导体的主要家族之一铜基铜酸盐中发现。但这些电荷条纹是增强超导性，抑制超导性，还是起到了其他作用？在独立研究中，两个研究小组报告了在理解电荷条纹如何与超导相互作用方面取得的重要进展。这两项研究都是在美国能源部SLAC国家加速器实验室用x射线进行的。在发表于《科学进展》期刊上的研究论文中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)研究人员利用SLAC的Linac相干光源(LCLS) x射线自由电子激光器，观察了铜超导体中电荷密度波的波动。用传统激光的脉冲干扰电荷密度波，然后使用x射线共振非弹性散射(RIXS)，观察这些波在几万亿分之一秒内的恢复，这个恢复过程遵循一个普遍的动态缩放定律：在所有的尺度上都是相同的，就像分形图案在放大或缩小时看起来是一样的。有了LCLS，科学家们第一次能够精确地测量电荷密度波波动的距离和速度。令人惊讶的是，研究小组发现，波动并不像铃声或蹦床的弹跳；相反，它们更像是糖浆的缓慢扩散：一种在固体中从未见过的液晶行为的量子模拟。美国伊利诺伊大学香槟分校彼得·阿巴蒙特教授团队的博士后研究员马泰奥·米特拉诺(Matteo Mitrano)说：我们在LCLS的实验建立了一种研究电荷密度波波动的新方法，这可能促使对高温超导体如何工作的新理解产生。这个团队还包括来自斯坦福大学、美国国家标准与技术研究所和布鲁克海文国家实验室的研究人员。发表在《自然通讯》上的另一项研究，利用斯坦福大学同步加速器辐射光源的x射线，发现了两种电荷密度波的排列方式，在这些波与高温超导之间建立了新的联系。在SLAC科学家李俊锡(Jun-Sik Lee)的带领下，研究小组利用共振软x射线散射(RSXS)来观察温度如何影响铜超导体中的电荷密度波。这解决了之前实验数据的不匹配问题，并为全面绘制这些奇异超导材料中电子行为的图谱开辟了新道路。相信， 探索 新的或隐藏排列方式，以及它们相互交织的现象，将有助于我们对铜酸盐高温超导性的理解，这将为研究人员设计和开发在更高温度下工作的新超导体提供信息。

目前有关高温超导磁悬浮的研究,主要集中在准静态宏观电磁特性上,包括悬浮力、导向力、刚度及力弛豫等。然而磁悬浮车在实际运行过程时,超导块材将不可避免经历不均匀的外磁场,会对超导体的悬浮性

拓扑超导是一类新的拓扑量子物态，其体态是有能隙的超导态，而边界上则存在无能隙的马约拉纳零能模。零维马约拉纳零能模具有非定域关联和非阿贝尔统计性质，可以对其进行编织操作，进而实现拓扑量子计算。因此近十年来，拓扑超导态的研究逐渐成为凝聚态物理的重要研究方向。

不同的对称群可以保护不同的拓扑物态，因此在各种对称群下对拓扑物态进行分类是发现新型拓扑物态的重要一步。最近 华中 科技 大学 研究团队（邹金雨博士、谢庆博士和徐刚教授）和 普林斯顿大学 宋志达博士在《国家科学评论》( National Science Review ，NSR) 发表研究论文， 提出了通过具有不同手征对称性本征值的马约拉纳零能模的相容性，来进行拓扑分类的新思路，并对一维定域磁群保护的超导量子线进行了系统研究，发现了新奇的拓扑超导态，以及局域在端点的马约拉纳零能模。

受定域磁群保护的一维超导线的拓扑分类

如上表所示，一维磁群独有的不改变格点位置的磁操作包括MxT、C2T、C4T、C6T。结合超导体系固有的粒子-空穴对称性P，可以给出手征对称性S。量子线端点的马约拉纳零能模也是手征对称性的本征态。通过判断零能模之间的相容关系，可以给出拓扑态的类型。

徐刚等发现：

在此基础上，作者构建了满足C4T的最小一维拓扑超导模型，计算其拓扑不变量，并数值和解析分析了其马约拉纳零能模。

(a)C4T不变的超导线。胞内同自旋耦合远大于自旋轨道耦合，因而一个元胞内四个态劈裂为反对称的简并态和对称简并态。为简单计，仅讨论反对称简并态。(b) 拓扑超导相图。(c) 拓扑超导态开边界时能谱，其中有四个马约拉纳零能模。

这类新奇的拓扑超导态拓宽了人们对拓扑超导的认识，为马约拉纳零能模的实现、奇异拓扑约瑟夫森效应等研究提供了新的思路。 该研究结果不仅丰富了一维拓扑超导态，还可通过铺陈、堆叠等方式构造二维及三维奇异拓扑超导体，实现无能隙的马约拉纳边界态或表面态。

最后，作者还讨论了在棋盘状反铁磁铁基超体中实现helical Z拓扑超导的可能性。

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