中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（SHMFF）是国家“十一五”重大科技基础设施，由中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学共建，各项任务依托强磁场科学中心开展。装置于2017年通过国家验收，验收专家组一致认为，SHMFF“磁体技术和综合性能达到国际领先水平... 更多简介 +
近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心联合香港科技大学，在非常规磁体与拓扑超导研究方面取得重要进展。研究团队首次揭示奇宇称磁体（odd-parity magnets, OPMs）的能带结构中普遍存在一种源于磁序内禀时间反演对称性破缺的“隐藏塞曼场”（hidden Zeeman field, HZF），阐明了HZF与非相对论自旋劈裂（nonrelativistic spin splitting, NSS）共同塑造OPMs能带的机制，并指出这一独特能带结构使OPMs成为实现无磁场、稳健拓扑超导体（topological superconductors, TSCs）的理想平台。相关成果以“Hidden Zeeman Field in Odd-Parity Magnets: An Ideal Platform for Topological Superconductivity”为题，在线发表于国际学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters），并被选为编辑推荐（Editors' Suggestion）。
图1. OPM/超导异质结及拓扑超导机制示意图：奇宇称磁体独特的能带结构（NSS与HZF共存）使其与常规超导耦合后成为实现拓扑超导体和Majorana边界模的理想平台。
非常规磁体近年来受到凝聚态物理领域的广泛关注，其中OPMs作为一类新型磁性体系，其基本特征是在没有净磁矩的系统中存在动量反演奇宇称的NSS。然而，已有研究主要聚焦于NSS本身，而忽视了磁序固有的内禀时间反演对称性破缺，这使得OPMs的能带结构长期缺乏准确、完整的描述。
拓扑量子计算利用马约拉纳准粒子的特殊统计性质，对局域噪声天然免疫，被认为是实现容错量子计算的重要途径，而拓扑超导则是其理想载体。拓扑超导体的实现通常需要超导、自旋轨道耦合和时间反演对称性破缺三要素相互配合，主流方案依赖外加磁场引入塞曼劈裂。然而，强磁场往往会抑制超导性，且实验室磁场所能诱导的塞曼劈裂通常仅为meV量级，使得拓扑相对化学势涨落和无序极为敏感。
研究团队通过对三角晶格上代表性f波磁体模型的解析研究发现，OPMs能带中的NSS在微观上起源于磁序诱导的规范场，表现为实空间自旋环流序；而HZF则直接源于磁序内禀的时间反演对称性破缺，表现为时间反演不变点上Kramers简并的破除。自洽平均场计算进一步证明，eV量级NSS将自旋极化锁定在与HZF垂直的方向，形成类似Ising超导的保护机制，使常规s波超导能够与强HZF在远超Pauli极限的宽参数范围内稳健共存，相应的塞曼劈裂可达数百meV。基于这一独特能带结构，研究团队在引入s波超导配对后构建出一系列拓扑超导体，可承载Majorana平带、单向Majorana边缘态等多种Majorana边界模。该研究从根本上完善了人们对OPMs能带结构的认识，确立了其作为无磁场、稳健拓扑超导平台的优势，相关机制可推广至满足特定自旋群对称条件的共面或非共面磁序体系。
强磁场科学中心骆训江副研究员为论文第一作者兼共同通讯作者，强磁场科学中心田明亮研究员和香港科技大学罗锦团教授为论文共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院低功耗量子材料建制化科研平台以及香港研究资助局等项目的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/j9m4-386b
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