《物理评论快报》发表物理学院李伟副教授合作研究成果

  2019年1月15日国际顶级物理学期刊《物理评论快报》（PRL）在线刊登了物理学院李伟副教授合作研究最新成果，“不均匀自旋梯子中的非拓扑马约拉纳零能模”（Nontopological Majorana Zero Modes in Inhomogeneous Spin Ladders），李伟副教授为共同作者，北航为合作单位。

  作为凝聚态物理中的“基本粒子”和关联量子物质的组成单元，近年来马约拉纳零能模引了人们极大的研究兴趣。寻找稳定的局域零能模来实现可操控的马约拉纳量子比特，是一项非常诱人的未来固态量子信息技术。这项工作提出了一个新的构造方案：在耦合参数不均匀的量子自旋梯子结构中不同量子相界面处“捕获”局域马约拉纳零能模。

  论文采用玻色化等场论手段将自旋梯子模型写成无相互作用的马约拉纳费米场，其中存在具有不同正负质量的单态和三重态马约拉纳费米子，不同的质量符号对应着不同的磁量子相。进而合作者们在讨论中想到将这些量子相耦合起来形成类似“三明治”结构，界面处费米场正负质量交替，从而出现马约拉纳零能模（见图1）。同时，这些界面马约拉纳束缚态的出现无需体态提供拓扑保护。

  李伟与长期合作者A.Weichselbaum采用高精度SU(2)密度矩阵重正化群方法做了大量计算，得到了含有块相互作用的自旋梯子模型的相图，并对基态简并度和纠缠谱做了细致分析。排除了若干可能的理论，并帮助寻找到了RS-VBS_-RS自旋梯子结构量子相界面处稳定的马约拉纳零能模。

   

图1（a）自旋梯子量子相“异质结”示意图，RS代表“垂直”共价键晶体态，VBS_代表“负”共价键晶体态，这两个量子相中的单重态马约拉纳场具有不同的质量，在界面处交换质量符号使得我们可以“捕获”局域零能模。

 

  该论文得到了国家自然科学基金青年项目，重点项目（量子多体计算新方法），北航卓越百人计划，北航青年拔尖人才基金等的大力支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.027201