三维狄拉克半金属中的超导特性

王晋岚

[本刊讯]北京大学物理学院量子材料科学中心王健与该中心危健、刘雄军、贾爽、谢心澄、刘海文等人合作，在三维狄拉克半金属Cd₃As₂单晶的表面钨针尖硬点接触实验中发现：接触区域变成超导体，并且其超导特性是非常规的。该工作相关文章于2015年11月2日在线发表于Nature Materias。

三维狄拉克半金属是一种拓扑非平庸材料，其能带的导带和价带在狄拉克点接触，是目前凝聚态物理领域的重要研究方向。作为一种量子材料和物相，三维狄拉克半金属处于各种拓扑材料的相临界点：通过改变或调制三维狄拉克半金属的参数，可以使其转变为拓扑绝缘体、外尔半金属以及拓扑超导体等其他拓扑物质态。目前，拓扑超导方面的实验研究仍存在不少争议和困难，拓扑超导体还没有被实验完全证实。

在Cd₃As₂单晶电输运性质研究的前期工作基础上，研究团队在Cd₃As₂单晶表面进行了钨针尖硬点接触实验。实验结果显示接触区域变成了超导体，同时点接触谱表明其超导特性是非常规的；更关键的发现是，超导谱中出现了可能由马约拉纳费米子（Majorana Fermion）引起的零压电导峰。该工作的理论分析进一步揭示了接触区域是拓扑超导的可能性。

这一发现的意义还体现在，不同于通过超导近邻效应探测拓扑超导的通常方法，该实验利用针尖在三维狄拉克半金属表面微米量级接触区域产生的压力、掺杂效应等使三维狄拉克半金属在接触区域被调制成拓扑超导体，这为最终实验证实拓扑超导体开辟了新的途径。