马约拉纳零模(MZMs) 服从非交换统计，被认为是构建拓扑量子位的构建块。具有拓扑能带结构的铁基超导体，已经成为一种很有前途的寄主材料，因为在拓扑涡旋核内已经观察到量子极限孤立的候选MZMs。然而，这些材料受到了与合金诱导的无序、不可控的涡晶格和拓扑涡旋产率低相关的问题。
在此，来自美国波士顿学院的汪自强和中国科学院物理研究所的高鸿钧院士等研究者，通过扫描隧道显微镜/光谱学报告了在自然应变的化学计量LiFeAs中形成有序且可调谐的MZM晶格。相关论文以题为“Ordered and tunable Majorana-zero-mode lattice in naturally strained LiFeAs”于2022年06月08日发表在Nature上。
对马约拉纳激发态的长期探索，得到了最近在材料平台上观察到的局部MZM实验进展的支持。在这些平台中，铁基超导体被认为很有希望观测到干净、健壮的MZMs。FeTe0.55Se0.45是第一个发现具有拓扑表面态的铁基超导体。大的Δ2/EF比，其中Δ是超导能隙，EF是费米能，使观察到一个孤立的MZM在拓扑涡旋的中心，在微分电导中表现出接近量子化的平台。
随后，前人研究了化学计量的磷酸铁化合物，并证实了MZMs在CaKFe4As4和LiFeAs中的存在。最近，有研究者在具有拓扑能带结构的层状二维超导体中，观测到了一维(1D)弥散马约拉纳模和MZMs。然而，这些平台存在合金诱导的无序、不可控的漩涡晶格和低的拓扑漩涡收率，阻碍了其潜在的应用。
在此，研究者通过扫描隧道显微镜/光谱学报告了在自然应变的化学计量LiFeAs中形成有序和可调谐的MZM晶格。在应变区观察到沿Fe-Fe和As-As方向的双轴电荷密度波(CDW)条纹。涡旋按As-As方向固定在CDW条纹上，形成有序晶格。
研究者发现，90%以上的涡旋是拓扑的，并且在涡旋中心具有孤立的MZMs的特征，形成了一个有序的MZM晶格，其密度和几何形状可由外部磁场调节。值得注意的是，随着相邻涡旋间距的减小，多端面偶极子开始相互耦合。该发现提供了一个可调和有序的MZM晶格作为未来拓扑量子计算平台的途径。
图1. 未拉伸区域和拉伸区域的晶体结构、地形图像和超导行为
图2. 旋涡的dI/dV图及0.5 T下的旋涡束缚态分析
图3. 沿两个相邻涡切线的dI/dV谱和MZMs起源的分析
综上所述，研究者在自然应变LiFeAs表面观察到了微米尺度的MZM晶格。涡旋被固定在CDWAs-As条纹上，形成有序的Abrikosov涡旋晶格。研究者证明了有序晶格是可被外部磁场调节的，并观察了在强磁场下MZMs之间的耦合。该研究结果为未来MZMs的操作和编织提供了一个很有前景的平台。采用干涉测量法实现“只测量编织”算法，可以得到较大的有序阵列。
据悉，这已是汪自强研究员和高鸿钧院士的又一次合作。果然是强强联合，必属精品。
高鸿钧，中国科学院院士。高鸿钧与合作者自上世纪九十年代初以来，系统研究了纳米量子系统的构造与物性，取得了一系列具有国际前沿和国际领先水平的工作。首次提出一种提高STM分辨率的新方法，增强了STM观察表面电子结构的能力，保持了STM发明三十年来对Si(111)7×7表面原子结构的最高分辨。首次在Au(111)表面上构造了具有固定偏心轴的单个分子转子，实现了大面积有序阵列的组装并对其转动行为进行了有效的调控。首次实现了在单个分子层次单自旋量子态的可逆控制及其在超高密度量子信息存储中的原理性应用。首次构筑了硅烯、锗烯、铪烯、硒化铜、二硒化铂等新型二维原子晶体材料，并研究了其新奇物性，为新材料的进一步应用奠定了基础。首次在单一铁基超导块体材料、相对较高温度中观察到高纯度的马约拉纳任意子，有望用于构建对环境干扰免疫的拓扑量子计算机。二十年来，其相关成果连续被Science News, Nature, Nature Materials，美国物理学会Phys. Rev. Focus和美国能源部Weekly Report等进行研究亮点报道，称“这是国际上首次在单个分子极限水平上实现的电导转变”等等。
高鸿钧的相关研究成果三次获得了由两院院士推选的“中国十大科技进展/新闻”，发表SCI论文400余篇，引用1万8千余次。培养博士生和博士后80余名，其中有4名在美国和新加坡的著名大学做教授，10余名在国内著名研究机构或高校做学术带头人。在国际/国内重要会议上作大会报告和邀请报告100余次。在国际上，他荣获了德国“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”。在国内，他获得了“陈嘉庚数理科学奖”, “中国科学院杰出科技成就奖”，“何梁何利科学与技术进步奖”，国家自然科学二等奖等荣誉或奖励。
Li, M., Li, G., Cao, L. et al. Ordered and tunable Majorana-zero-mode lattice in naturally strained LiFeAs. Nature (2022). 10.1038/s41586-022-04744-8
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