近日，重庆大学王锐教授与许东辉教授课题组在周期光场驱动调控反铁磁超导系统，产生手性拓扑超导理论研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Flexible Control of Chiral Superconductivity in Optically Driven Nodal Point Superconductors with Antiferromagnetism”为题发表在物理学顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters) [Phys. Rev. Lett. 133, 246606(2024)]。
图1: 周期光场驱动、产生手性拓扑超导性以及马约拉纳边界模式的示意图。
拓扑超导电性是当代凝聚态物理中的重要研究领域。拓扑超导体可实现受拓扑保护并遵循非阿贝尔统计的马约拉纳零能模，被认为是拓扑量子计算的基础构建单元。因此，在实验可行的范围内构建和操控拓扑超导态非常重要。近年来，基于周期驱动的 Floquet 工程为设计高可调性的拓扑量子态提供了强有力的工具，并在超快时间尺度上动态操控拓扑物态以及产生新奇量子现象的研究中得到了广泛应用。尽管前期关于 Floquet 拓扑超导电性的理论研究取得了一系列重要进展，但周期光场下实际拓扑超导系统的研究却非常少见。到目前为止，大多数研究都集中在具有能隙的拓扑超导体，鲜有探索周期光场驱动下拓扑节点超导体的演化规律及其拓扑相变。相对于有能隙的拓扑超导系统，通过光场操控拥有对称保护节点或节线的超导体有望衍生出更为丰富的拓扑超导现象。
基于上述问题，课题组基于一类最近实验上合成的反铁磁-超导异质结，提出利用椭圆偏振光操控其中的节点超导相，产生具有全局能隙Floquet手性拓扑超导的理论方案（图1为示意图）。进一步研究表明，通过改变光场参数（光强，角度）将实现不同能谷对（Valley pair）的同时产生和湮灭，这一过程伴随着不同陈数表征的手性拓扑超导相转变（见图 2）。
图2：(a)Floquet手性拓扑超导系统的相图。(b)-(d)椭圆偏振光对能谷对的操控。
该工作不仅建立了反铁磁超导系统Floquet手性拓扑超导电性的理论方案，还为进一步实验探索其中的马约拉纳费米子提供了理论依据。物理学院宁震博士和马大帅博士为该工作第一作者，王锐教授和许东辉教授为共同通讯作者，重庆大学为第一单位，物理学院曾俊杰博士也参与了该工作。
相关文章链接为：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.246606。该工作得到了国家自然科学基金、理论物理专款、重庆自然科学基金和中央高校基本科研等项目的资助。
据悉，近年来王锐教授与许东辉教授课题组在周期光场驱动、调控拓扑态方面开展了系列理论工作：研究了圆偏振光驱动的Dirac电子系统，通过调节入射光传播或偏振方向，实现了一阶和高阶Floquet拓扑半金属态，其Weyl费米子可以随光场参数动态演化，展现出灵活可控的特性；揭示了无序和周期性光场的相互协作可以实现Floquet拓扑安德森绝缘体，为拓扑绝缘体的产生注入了新机制；第一性原理计算展示了Floquet拓扑态的材料实现，包括光场驱动非磁异质结MX2/WTe2 (M = Mo, W; X = S, Se)中谷极化量子反常霍尔态，二维拓扑平庸半导体MSi2Z4 (M = Mo,W, V; Z = N, P, As)材料中光诱导的三角翘曲效应，二维石墨炔中的高陈数量子反常霍尔态，TiO和碳同素异形体等半金属中周期光场对拓扑半金属态的精确操控。最近，课题组受邀在Quantum Frontiers发表综述文章[Quant. Front. 3,21(2024)]，回顾了从有效模型到实际材料中的Floquet拓扑物态取得的一些重要理论进展，并讨论了该领域的未来发展方向以及在实验中所面临的挑战。
