研究揭示HalfHeuslar合金YPtBi的非常规超导电性

　　拓扑量子计算可有效抵抗杂质、相互作用等的扰动，从而解决量子退相干与纠错的问题，实现容错量子计算。本征拓扑超导材料的超导态具有非常规的超导能隙结构，在晶体材料的自然边界可产生马约拉纳零能模式，是实现拓扑量子计算的主要方案之一。相比其他方案，该方案从原理上可回避诸如两种材料的晶格不匹配对拓扑保护的影响以及磁场/磁性杂质引入的其他低能态等问题，是当前凝聚态物理研究的前沿方向。然而，由于马约拉纳费米子的自反性的限制，目前只有少数具有奇宇称配对态的材料被认定为拓扑超导体候选材料。

　　非中心对称超导体由于空间反演对称破缺，非对称的晶体势场会产生反对称的自旋-轨道耦合，致使自旋简并的能级劈裂成两条自旋取向相反的能带。这时超导配对波函数可以是偶宇称和奇宇称的叠加，导致非常独特的超导现象。有理论研究推断，在具有超导电性的half-Heusler合金材料中，有望实现拓扑超导。其中，YPtBi备受关注。μSR等测量表明YPtBi超导能隙存在节点，因而YPtBi可能具有非常规的超导电性。此外，能带反转使费米面附近的电子具有j=3/2的总角动量，可能使形成库珀对的电子具有超越自旋三重态的自旋五重或七重态配对模式。理论提出了多种可能的配对形式，例如单态+七重态配对、单态+五重态配对等。而由于YPtBi超导转变温度和载流子浓度均很低，实验具有较大挑战，一直缺乏对YPtBi超导态的微观实验表征。

　　近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心HX-02组的特聘研究员周睿指导博士研究生周艺舟，并与物理所研究员王文洪团队、上海科技大学教授郭艳峰团队合作，在高质量YPtBi单晶样品上开展了核磁共振（NMR）实验。实验克服了弱场下核磁共振测量信号小的困难，使用极低温与极低频NMR技术，借助195Pt核对YPtBi的正常态和超导态性质开展了全面研究。在正常态，实验发现YPtBi自旋晶格弛豫率1/T1T出现了随温度下降而显著增大的行为。由于195Pt的核自旋I=1/2，不存在电四极矩，因此无法感知电荷或轨道涨落，表明在YPtBi中存在反铁磁自旋涨落。进入到超导态后，1/T1在Tc之下没有出现Hebel-Slichter相干峰，并随着温度降低，出现了T3的温度依赖关系，表明超导态不同于常规的BCS超导体。同时，实验观察到，在进入超导态后NMR谱发生了明显移动，表明自旋磁化率在进入超导态后出现了下降。科研人员在通过高压核磁共振实验测量得到轨道磁化率对奈特位移的贡献后发现自旋磁化率在零温极限下依然是有限值。对于偶宇称超导体，各个晶体方向的自旋磁化率都应在零温时趋近0；而对于奇宇称超导体，库伯对则会贡献自旋磁化率。因此，当超导配对波函数出现偶宇称和奇宇称的叠加时，自旋磁化率并不会下降到0（零温极限下）。实验结果表明，YPtBi的超导配对波函数有偶宇称和奇宇称的叠加，并通过对1/T1的多能隙拟合，最终得到YPtBi的能隙配对对称性可能是s+p或d+p。而考虑到正常态出现了反铁磁涨落，结果表明d+p的能隙配对对称性与反铁磁电子关联的出现更自洽。

　　该研究为相关材料的理论模型建立提供了重要信息。Half-Heuslar合金超导材料为研究非常规超导、拓扑能带结构和电子关联之间的关系提供了平台，值得对这一类材料中的超导电性做更深入的研究。相关研究成果以Antiferromagnetic Spin Fluctuations and Unconventional Superconductivity in Topological Superconductor Candidate YPtBi Revealed by 195Pt-NMR为题，发表在《物理评论快报》（Physics Review

　　Letters）上，并被选为Editors'

　　Suggestion。《物理评论快报》Synopsis栏目发表了题为Unconventional Spin States in YPtBi的专题科普报道。研究工作得到国家自然科学基金、科学技术部、中国科学院战略性先导科技专项（B类）等的支持。