你丫超導，我壓超導

劉俊明

你丫超導，我壓超導

劉俊明

有人說，超導是凝聚態(tài)的牛耳，做超導的人就是凝聚態(tài)的執(zhí)牛耳者。如果我們知道交談的對家是做高溫超導的，很多時候都會景仰之心油然而生，情不自禁，即便他可能其貌不揚。大凡如此，皆是因為高溫超導物理鏈接了凝聚態(tài)物理的若干主軸，從而在推動凝聚態(tài)物理的發(fā)展深化進程中居功至偉。因此，一篇成果如果是關于高溫超導的，就立馬有了調(diào)戲高大上的及格線。

不過，當今的超導物理遠不止于此，又有了新的故事。眾所周知，強自旋-軌道耦合SOC可能引致量子霍爾效應和量子自旋霍爾效應。而一些強SOC絕緣體因為自由表面導致的對稱性破缺誘發(fā)了特殊的表面態(tài)，其中之一便是拓撲絕緣體態(tài)，其體態(tài)具有一定能隙但表面態(tài)無能隙且色散關系呈現(xiàn)線性，預示了所謂的具有時間反演對稱保護的高遷移率“金屬態(tài)”。由于超導態(tài)對應于電子配對的“能隙”，因此很容易引起那些凝聚態(tài)高手們合縱連橫，這就有了拓撲超導態(tài)。拓撲超導的一個吸引人之處在于拓撲表面態(tài)和超導兩種量子特性并存，給那些搗鼓應用前景的好夢者以恣意激情的動力（如圖1）。而更吸引人之處在于場論的一個預言：Majorana費米子。

FIG.1 拓撲絕緣體特性與潛在應用的示意圖 (from Nano Lett.,2014,14:3779)。電子結構特征和表面態(tài)輸運特性一覽無遺。

Majorana費米子的登場牽涉到物理學的終極學問。物理學認定物質與反物質的C對稱性。宇宙中，一種粒子一定存在另一種特定物性相反的粒子，以電子和正電子的發(fā)現(xiàn)而引人入勝。宇宙大爆炸之所以形成如今的星際形態(tài)，皆因物質反物質發(fā)生對稱性破缺（這可是場論者為數(shù)很少的從凝聚態(tài)物理學去的概念）使得正物質比反物質多個千百萬分之一所致。Majorana費米子是一種虛擬的物質和反物質特性等價的準粒子，好像是一種既是男性也女性或者男性等于女性的意思，其奇妙之處非我等可以體會。最近賈金鋒他們就似乎看到了拓撲超導中這種費米子的證據(jù)。這可是一個很偉岸的成果，從而更加強烈地撬動了高溫超導高手們追求新型拓撲超導態(tài)的“癡心妄想”。復旦大學的李世燕即為其中之一員。

FIG.2 （上）Majorna費米子的簡單圖示。(http://www. 51wendang.com/)（下）賈金鋒面對一堆Majorana費米子侃侃而談?？吹贸隼腺Z還是有點緊張，畢竟他也比較少面對這些Majorana費米子。

FIG.3 （左）李世燕給出的狄拉克半金屬Cd3As2相圖，顯示出雖天下大亂但大抵三分已定，超導占了東南富饒之地。（右）復旦世燕、北大王健，獲頒2015馬丁-伍德爵士中國物理科學獎。

拓撲絕緣體的故事在表面態(tài)，而最近熱浪滾滾的新拓撲量子體態(tài)應該算3D狄拉克半金屬態(tài)和外爾半金屬態(tài)，它們的電子結構與拓撲絕緣體的表面態(tài)類似。李世燕們想：你丫銅氧化物超導、鐵砷化合物超導、如今拓撲絕緣體加點摻雜加點應變也超導，那么我3D狄拉克半金屬或者外爾半金屬能不能也超導？這個動機很單純，沒有什么壞心眼隱藏其中。已經(jīng)有不少理論預言說這樣可以的，加點載流子摻雜就可能誘導3D狄拉克半金屬出現(xiàn)電子配對能隙，呈現(xiàn)超導態(tài)。遺憾的是這個預言到現(xiàn)在也沒有實現(xiàn)。李世燕們可能是覺得做摻雜誘導超導比較“麻煩”，就猜測對某種3D狄拉克半金屬施加壓力，是不是也可以實現(xiàn)超導轉變？他們就想當然地選擇了已經(jīng)被證明是狄拉克半金屬的Cd3As2這個體系試了試。好像挺容易的樣子，他們就壓出了超導，附帶一些伴隨的結構相變信息。當然，這其中艱辛和挑戰(zhàn)我們外人無從知曉，但李世燕的合作者靳常青們最能體會。其實，也不盡然，吃苦的應該是李世燕們，因為靳常青們經(jīng)常用他那個大家伙壓出各種新奇的東西（比如立方的BaRuO3和那個出了名的新鐵基超導體系）。

看君如果有興趣，就移步李世燕在2016年9月23日在線發(fā)表的大作“Pressure-induced superconductivity in the three-dimensionaltopological Dirac semimetal Cd3As2” http://www.nature.com/ articles/npjquantmats201614

1000-0542(2017)02-0075-2

10.13725/j.cnki.pip.2017.02.002