一维原子链缺陷两端零能束缚态首次“现身”

记者从北京大学物理学院量子材料科学中心王健教授的团队获悉，他们与美国波士顿学院的王自强教授合作，首次发现了二维铁基高温超导体中一维原子链缺陷两端的主要零能模式，为最终实现拓扑量子计算奠定了重要基础。

近年来，超越经典计算机计算能力的量子计算机的发展已经成为国际前沿的焦点和各国实现量子超越的核心方向。然而，量子计算面临的最大问题是由于退相干效应，量子比特的计算需要更多的比特来纠正错误。因此，探索容错量子计算——对环境细节不敏感的拓扑量子计算——成为实现大规模量子计算的重要途径。

王建说:“凝聚态物质中的多数准粒子的零能束缚态被称为多数零能模式，它具有抗局部干扰和高容错性的特点，被认为是实现拓扑量子比特的基础。”

王建指出，目前，马略纳零能模式的探测需要构建工艺复杂的异质结构，观测需要极低的温度和外加磁场，这给马略纳零能模式的可能应用带来了很大的困难和挑战。

在最新的研究中，王建的团队通过分子束外延技术在钛酸锶衬底上成功制备了厚度约为0.59nm的大规模、高质量的单层FeTe0.5Se0.5高温超导薄膜。它的超导转变温度约为-211摄氏度，比大块铁(碲、硒)的-258摄氏度高得多。

据王健介绍，利用原位低温扫描隧道显微镜和扫描隧道光谱，他们发现了薄膜表面最上层碲/硒原子缺失形成的一维原子链缺陷，并观察到缺陷两端的零能束缚态，发现束缚态具有良好的抗干扰性能。王自强教授的团队对此提出了一个可能的理论解释。

王建说:“这项工作首次揭示了二维高温超导体FeTe0.5Se0.5单层薄膜中拓扑线缺陷端点的零能量激发，它具有材料单一、工作温度较高和零外磁场的优点，为进一步实现适用的拓扑量子比特提供了可能的方案。”

这项研究发表在9日出版的《自然物理学》在线版上，并得到了国家自然科学基金、国家重点研发项目、量子材料科学合作创新中心、中国科学院卓越创新中心、北京自然科学基金和美国能源部基础能源科学基金的支持。