超导体的三个临界参数的关系（研究收集了过渡金属4Hb-TaS2拓扑超导性的证据）

1T-TaS2顶层的地形CDW图像和底层超导1H-TaS2层的涡旋光谱图像的艺术表现，界面上有示意图式的边缘模式。来源:Nayak等人。

拓扑超导体是一类以亚隙零能量局域模式为特征的超导材料，即马约拉纳边界态(mbs)。这些材料对量子计算技术的发展具有广阔的前景。

过去的研究已经在各种异质结构中观察到拓扑超导的特征。然而，到目前为止，物理学家和材料科学家只能创造出少数本质上具有拓扑性质的超导体。

以色列魏茨曼科学技术研究所的研究人员最近收集了4Hb-TaS2的拓扑超导性证据，这是一种由他们的同事实现的新材料。他们发表在《自然物理学》杂志上的论文，可能对未来各种量子器件的发展具有重要意义。

“2019年初，Technion理工学院的阿米特·坎尼吉尔(Amit Kanigel)在魏茨曼科学研究所举行了一场研讨会，讨论了他最近培育和测量的一种有趣的化合物4ha - tas2，”开展这项研究的三名研究人员努里特·亚伯拉罕(Nurit Avraham)、阿布海·库马尔·纳亚克(Abhay Kumar Nayak)和海姆·贝登科普夫(Haim Beidenkopf)告诉Phys.org。“他提出的一个令人兴奋的观察结果是，μ子自旋弛豫开始增加，这可能意味着时间反转对称断裂，同时还有超导性，这暗示了这种化合物中拓扑超导性的存在。”

在参加了Kanigel的研讨会之后，魏茨曼的团队开始使用一种被称为扫描隧道显微镜(STM)的技术来检查他发现的奇异化合物。扫描隧道显微镜是一种可以用来收集原子尺度图像和材料表面光谱测量的仪器。

拓扑超导电性的一个关键标志是材料边缘上的马约拉纳边模的存在，可以用STM技术直接观察和表征。Kanigel在Technion的研讨会启发了研究人员寻找4Hb-TaS2拓扑超导性的实验证据。

“在我们的实验室，我们使用扫描隧道显微镜和光谱映射，”Beidenkopf说。“TaS2的4Hb多型特别令人兴奋的是，它将1H超导层与1T Mott绝缘层交叉。因此，简单地通过切割和暴露各种端点，我们就可以探索这些不同相关状态之间的相互作用。”

在布里林带内，交叉轨道配对项诱导了12个节点。它们对不同边缘的投影产生了边缘模的各向异性特征。

在他们收集的第一批地形图像中，研究人员观察到Kanigel合成的材料中1T和1H层之间的强烈相互作用。更具体地说，他们揭示了电荷密度波在1H层上的印记，因为它与下面的1T层接近。

研究小组随后测量了1H层的超导性，发现超导间隙明显较浅。这表明这个空隙被能隙内的电子态所填满。

“我们后来确定边缘的存在模式以及超导层的边界,”亚伯说:“我们观察到的最有趣的一个是一个边缘模式超导之间的界面区域的1 h层,由1 t封装层,和接触区域没有1 t层之上。这与我们的第一次观察有关，表明即使超导性在1H层中保持连续，但由于与相邻1T层的相互作用，它改变了其拓扑分类。”

另一个支持材料1H层超导拓扑性质的结果是涡核处的零偏电导峰值的可视化。因此，研究人员能够收集到非常有力的证据，证明4Hb-TaS2的固有拓扑超导性。随后，他们开始与一组理论家合作，提出关于轨道间配对机制的假设，这可能支持他们观察到的奇异现象。

Nayak说:“虽然拓扑绝缘体，甚至是半金属，现在已经很丰富了，但在自然材料中拓扑超导体的清单却非常少。”“它包括SrRO2和FeSeTe以及其他几个候选的UTe2。因此，将4Hb-TaS2加入到这个列表中是令人兴奋的消息，因为它也拥有强相关态，它的层结构可以通过局部尖端操作从1T改变为1H。”

这个研究小组收集的发现表明，由Kanigel实现的奇异化合物本质上是拓扑超导体。在未来，这种材料可能被证明对量子计算机和其他量子信息处理工具的发展特别有价值。与此同时，Weizmann的团队和他们的同事计划继续研究4Hb-TaS2，特别是在金属1H层存在的1T层上莫特绝缘状态的命运。

“我们有初步迹象表明，在1T层上形成了一种奇异状态。其超导性的演化也没有得到解决。”亚伯拉罕、纳亚克和贝登考夫补充道。“也许这些额外的见解将使我们更接近对4Hb-TaS2的全面理解，其中1H末端的拓扑超导性是一个令人兴奋的方面。”