近日，新葡的京集团35222vip孙悦教授课题组和南京大学张鹏课组、中科院理论所吴贤新课题组合作，在国际顶级学术期刊JACS上发表了题为“Evolution of the intertwining correlated topological phases in iron-based superconductor Fe(Te,Se)” 的重要研究成果。该研究首次在电子掺杂的铁基超导体中直接观测到了两种不同的拓扑态，并证实了强关联效应在其中发挥的关键作用。这一发现为探索多重拓扑超导态与马约拉纳费米子（Majorana modes）之间的相互作用构筑了干净、理想的全新平台。
拓扑超导体因可能承载马约拉纳零能模，被认为是发展容错量子计算的重要材料平台。相比通过外延生长将拓扑绝缘体与普通超导体组合成异质结，若材料本身同时具备拓扑与超导特性，将有望提供更干净、可调控性更强的研究体系。以Fe(Te,Se) 为代表的铁基超导体正是这样一种天然平台：其表面拓扑态和马约拉纳零能模已被前期研究发现，理论上还可能存在拓扑狄拉克半金属体态。如何在实验上获得清晰的多重拓扑态，并研究它们在超导中的演化，是该领域的重要问题。
针对这一难题，团队利用钴Co元素成功取代铁Fe位点，实现了高晶格质量的电子掺杂Fe(1-x)CoxTe0.6Se0.4单晶生长，有效抑制了层间过量 Fe 的干扰。角分辨光电子能谱测量发现随着钴含量增加，材料中的能带整体向低能移动，使原本位于费米能级附近的拓扑绝缘体表面态，以及更高能量处的拓扑Dirac半金属态依次被调到费米能级（见图1）。特别是在适当掺杂下，两类拓扑态可以同时参与超导，为研究多种马约拉纳态及其相互作用提供了新的材料平台。
图1. 拓扑绝缘体（TI）和拓扑狄拉克半金属（TDS）狄拉克能带随 Co 掺杂的演化。图片来源JACS
这一成果改变了以往单一材料只能研究单一种类马约拉纳模的局限，提供了一个可以通过改变化学势（掺杂浓度）来连续切换、调控不同量子拓扑相的潜在平台。这不仅深化了科学家对强关联拓扑超导体系的认识，也为未来编织马约拉纳零能模、构筑拓扑量子计算芯片提供了的材料与物理基础。
新葡的京集团35222vip孙悦教授为论文第一作者，南京大学张鹏教授和中科院理论所吴贤新研究员为论文通讯作者，新葡的京集团35222vip为论文的第一完成单位。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c19995
供稿：新葡的京集团35222vip
审核：苗霖