日本理化学研究所（简称“理研”）、东京工业大学及东京大学组成的联合研究小组在拓扑超导体FeTe _0.6 Se _0.4 （Fe：铁、Te：碲、Se：硒）的量子涡旋中，成功观测到了马约拉纳粒子的特征——零能量束缚态（ZBS）。

图：被量子涡旋（超导电流的涡旋）束缚的马约拉纳粒子（黄色）的检测示意图

此次的研究成果可能会成为检测和控制马约拉纳粒子的基础，利用马约拉纳粒子有望实现新一代量子计算机。

固体中存在空穴和电子等费米子，这些费米子在物质的各项性质中发挥着重要作用。通常，这些粒子中存在可以区分的反粒子。比如，带负电荷的电子就是带正电荷的正电子的反粒子。粒子与反粒子可以通过电荷符号的差别进行区分。但从理论上来说，可能存在无法区分粒子与反粒子、即电荷既非正也非负的（中性）粒子，这种粒子被称为“马约拉纳粒子”。

马约拉纳粒子不带电，是能量绝对为零的神奇粒子，相关研究人员认为这种粒子局部存在于拓扑超导体的边缘部分以及超导电流的漩涡——量子涡旋中。马约拉纳粒子作为抗噪声的新一代量子计算的基本要素备受期待，研究人员一直尝试通过实验来验证马约拉纳粒子的存在。但在此前的测量中，由于能量分辨率不足，未能获得决定性的证据。

此次，联合研究小组相中了拓扑超导体的候选物质FeTe _0.6 Se _0.4 （Fe：铁、Se：硒、Te：碲）。这种物质是研究人员比较熟悉的一种铁基超导体，最近还有研究指出其表面存在二维拓扑超导，是一种超导转变温度相对比较高的物质（超导转变温度为14.5K，约-258.7℃）。另外，预计在这种物质的量子涡旋中，马约拉纳粒子的ZBS与普通电子的束缚态之间的能量差相对比较大，约为100微电子伏特（μeV，1μeV为100万分之1电子伏特），可以说是一种适合检测马约拉纳粒子的物质。

联合研究小组为了实现前所未有的高能量分辨率（20μeV），新开发了可在100mK以下超低温环境工作的扫描隧道显微镜（STM），详细调查了FeTe _0.6 Se _0.4 的量子涡旋附近的状态，最终成功观测到了能量为零的束缚态。这种状态不能用普通电子来解释，强烈表明其来自于量子涡旋中局部存在的马约拉纳粒子。

研究论文预定在英国科学期刊《自然材料》（Nature Materials）上发表，已于6月17日率先发布在网络版。

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文：JST客观日本编辑部