近日，北京航空航天大学物理学院龚寿书研究员及其合作者在手性超导体的理论研究中取得新进展。相关结果以“三角晶格莫特绝缘体掺杂后的量子相图和自发出现的拓扑手性超导态（Quantum Phase Diagram and Spontaneously Emergent Topological Chiral Superconductivity in Doped Triangular-Lattice Mott Insulators）”为题，于2023年3月30日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并选为编辑推荐（Editors’Suggestion）。论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.136003。

拓扑手性超导态是具有一定拓扑性质并且破坏时间反演对称性的非常规超导态，其中演生出来的马约拉纳激发对于量子计算具有潜在应用价值。早期理论研究指出掺杂手性自旋液体态可能实现拓扑超导态。在实验研究中，可能实现手性自旋液体态的材料和转角系统也自然成为寻找拓扑超导态的物理体系，相关的实验研究也是目前的研究热点。

然而，在微观模型中确认拓扑超导态则是较为困难的。一方面强关联电子体系的精确计算是一个挑战，另一方面手性自旋液体态在很长时间里也没有在模型计算中得到确认。这几年，随着自旋体系中手性自旋液体态的发现，掺杂手性自旋液体寻找拓扑超导又成为亟待探索的课题。近年来，针对自发破缺时间反演自旋液体态掺杂的研究都没有发现拓扑超导态，而是观察到手性金属态或者魏格纳晶体态。

该工作精确计算了三角晶格反铁磁体系在掺杂后的相图，通过系统考虑次近邻电子跃迁和自旋相互作用的影响，发现了自发破缺时间反演对称性的d+id拓扑手性超导态，具有非平庸的陈数。该研究结果表明通过调制体系中的几何阻挫和空穴跃迁行为可以抑制自旋关联和电荷有序，从而诱导出拓扑超导态。该工作澄清了相关的一些理论问题，为实验探索拓扑超导提供了新思路。

该研究得到了国家自然科学基金面上项目12274014和重点项目No. 11834014的资助。加州州立大学黄逸轩博士后是第一作者，龚寿书研究员和加州州立大学Donna Sheng教授是共同通讯作者。

左图：计算中所使用的三角晶格t-J模型，系统具有最近邻和次近邻电子跃迁和自旋超交换相互作用。右图：复超导序参量相对相位的定义。

图示：三角晶格t-J模型的相图。体系在次近邻项较弱时展现出类似赝能隙的行为（PGL），具有电荷密度波序（CDW）和自旋密度波涨落（SDWF）。通过增强次近邻电子跃迁t2/t1或自旋超交换相互作用J2/J1，电荷有序被抑制体系进入d+id拓扑超导态，具有非平庸的陈数C = 2。继续增加次近邻项，体系则进入d波超导态。