物理学进展

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2021年, 第41卷, 第3期　刊出日期：2021-06-20 上一期下一期

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拓扑绝缘体/超导体异质结中的近邻效应

贺家电, 丁逸凡, 滕博伦, 董鹏, 李逸飞, 张忆文, 吴越珅, 王靖珲, 周翔, 王志, 李军

2021 (3): 113-135. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.03.001

PDF(9251KB) ( 2875 )

拓扑超导体自身具有对量子退相干天然的免疫性以及可编织性，这使得它在现代量子计算领域中受到了越来越多的重视，并且成为了下一代计算技术中最有希望的候选者之一。由于拓扑超导态在固有拓扑超导体中相当罕见，因此，当前大部分实验上的工作主要集中在由 s 波超导体与拓扑绝缘体之间通过近邻效应所诱导的拓扑超导体上。本论文中，我们回顾了基于拓扑绝缘体/超导体异质结的拓扑超导体的研究进展。在理论上，Fu 和 Kane 提出，通过近邻效应将 s 波超导体的能隙引入到拓扑绝缘体，可以诱导出拓扑超导电性。在实验上，我们也回顾了一些不同体系中的拓扑超导近邻效应的研究进展。文章的第一部分，我们介绍了一些异质结，包括：三维拓扑绝缘体 Bi₂Se₃和 Bi₂Se₃ 与 s 波超导体NbSe₂ 以及 d 波超导体 Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ 的异质结，拓扑绝缘体 Sn_1−xPb_xTe 与 Pb 的异质结，二维拓扑绝缘体 WTe₂与NbSe₂ 的异质结。此外，还介绍了 TiBiSe₂ 在 Pb 上的拓扑绝缘近邻效应。另一部分中，我们对基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结进行了回顾，包括著名的基于 Fu-Kane 体系的拓扑绝缘体约瑟夫森结，以及基于约瑟夫森结的超导量子干涉器件。

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反铁磁半金属 EuCd₂Pn₂（Pn = As, Sb）中磁交换诱导的外尔态

苏豪, 陈雷明, 夏威, 郭艳峰

2021 (3): 136-156. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2021.03.002

PDF(35052KB) ( 604 )

由于丰富的拓扑量子效应及巨大的潜在应用价值，拓扑材料逐渐成为凝聚态物理前沿的研究材料体系。其中，作为与石墨烯具有相似电子结构的材料，三维拓扑半金属吸引了越来越多的研究兴趣。目前已知的拓扑半金属大多为非磁性的，而磁性拓扑半金属数量有限，与非磁性拓扑半金属相比较，研究开展的还比较少。磁性与拓扑之间的相互作用能够导致非常规的物理性质，如反常霍尔效应甚至量子反常霍尔效应等。此外，在一些具有特殊磁结构的拓扑半金属中，施加外磁场能够调制其自旋结构，从而影响其拓扑能带结构。在该综述中，笔者将详细介绍利用外磁场在 EuCd₂Pn₂ (Pn = As, Sb) 反铁磁半金属材料中通过调制自旋结构从而改变晶体结构对称性来诱导拓扑相变。此外，笔者也将简单介绍包括 GdPtBi 和 MnBi₂Te₄ 在内的几个相关材料。该综述中讨论的外磁场调控的磁交换诱导的拓扑相变不仅有望应用于拓扑器件，也有助于为理解磁性与拓扑态之间的紧密关联提供新的线索，对于设计新的磁性拓扑材料有启发意义。综述最后，笔者对发展磁性拓扑半金属做了一些简单展望。