准基本粒子-马约拉纳任意子的探寻之路

Speaker

Prof. Hongjun Gao

Institute of Physics, CAS

Time

3：00pm, November 28, 2025

Place

Conference room on 3F, Material Science and Research Building

高鸿钧，中国科学院物理研究所研究员，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、德国国家科学院院士。现任中国科学院数学物理学部主任，曾任中国科学院副院长、中国科学院大学副校长/学术委员会主任。1994年获得北京大学理学博士学位，自上世纪九十年代以来，系统研究了低维纳米量子体系的构造与物性调控，做出了一系列具有国际前沿和国际领先水平的工作。发表Nature、Science等SCI论文400余篇。高鸿钧曾荣获德国洪堡研究奖、第三世界科学院物理奖、全球华人物理学会“亚洲成就奖”；陈嘉庚数理科学奖、中国科学院杰出科技成就奖和国家自然科学二等奖等。

Abstract

马约拉纳费米子是由物理学家马约拉纳（E. Majorana）于1937年预言的一种基本粒子，具有电中性且反粒子是其自身。在凝聚态物理的材料体系中，被拓扑缺陷束缚的马约拉纳准粒子，其产生湮灭算符满足自共轭关系，通常呈现出零能电导信号，被称为马约拉纳零能模，亦称“任意子”。理论证明，马约拉纳零能模满足非阿贝尔统计规律，对其进行编织操作，被认为是实现容错拓扑量子计算的主要路径之一。发现马约拉纳零能模，是世界科技前沿竞争激烈的战略制高点之一。

与超导-半导体纳米线、磁性原子链、拓扑绝缘体/超导异质结等材料体系相比，铁基超导体具有单一组分、高温超导、本征拓扑等优异性能，可以避免复杂的材料结构设计和极低温的观测条件等问题，是研究马约拉纳零能模的理想载体。尽管人们已在Fe(Te_0.55Se_0.45)、(Li_0.84Fe_0.16)OHFeSe、CaKFe₄As₄及杂质辅助的锂铁砷（LiFeAs）中发现了马约拉纳零能模，这些材料体系存在由于自掺杂带来的体态不均一、涡旋阵列无序且不可控、拓扑涡旋占比低等问题，阻碍了进一步研究和应用。因此，如何获得大面积、高度有序且可调控的马约拉纳零能模阵列，是当前铁基超导马约拉纳领域亟待解决的问题之一。近年来，我们率先在铁基超导体中实现了马约拉纳零能模的突破。最近，我们进一步在天然应变的 LiFeAs 中成功实现了大尺度、高有序且可调控的马约拉纳零能模晶格。我们的研究结果展示了马约拉纳零能模在未来拓扑量子计算应用中的巨大潜力。