推动中国量子材料物理研究走向世界

量子材料科学上的新奇现象和应用上的巨大潜力吸引着全世界科学家为之着迷。近年来，在国家自然科学基金委员会“单量子态的探测及相互作用”重大研究计划支持下，中国科学家在拓扑量子材料的制备及新奇量子现象研究、界面超导等领域取得多项重要突破，在上述领域走到了世界科学前沿。

“量子反常霍尔效应”是在没有外加磁场条件下电子运动绝对无能耗的一种状态。由清华大学和中国科学院物理研究所的科研人员组成联合团队，自2009年起开始围绕实现这一效应进行攻关。

在陆续攻克了均匀的磁性元素掺杂、多元薄膜的组分控制、费米能级的精确调控、铁磁绝缘相的实现等挑战后，科研人员利用分子束外延方法生长出了高质量的铬掺杂碲化铋锑磁性拓扑绝缘体薄膜，并在极低温输运测量装置上成功地观测到了量子反常霍尔效应。2013年，这项“里程碑式”的成果在《科学》上在线发表。2018年，上述科研团队获国家自然科学奖一等奖。

在拓扑绝缘体领域，找到“马约拉纳费米子”也是科学家的愿望。在该重大研究计划支持下，2016年，上海交通大学物理与天文系教授贾金锋带领团队，通过一种由拓扑绝缘体材料和超导体材料复合而成的特殊人工薄膜，在实验室里成功捕捉到了物理学家寻找多年的神秘粒子——马约拉纳费米子（零能模）。

据贾金锋介绍，这是科学家在实验中首次观测到马约拉纳费米子的自旋相关性质，同时也提供了一种用相互作用调控马约拉纳费米子存在的有效方法，还为观察神秘的马约拉纳费米子提供了一个直接测量的办法。

在界面超导领域，2015年，复旦大学物理系教授封东来带领团队对单层铁硒/钛酸锶的配对对称性进行了深入研究。他们通过分子束外延生长得到高质量薄膜样品，然后利用扫描隧道显微镜在超高真空、极低温强磁场下对样品的直接观测，弄清了其配对对称性。

此外，在该重大研究计划支持下，封东来和贾金锋带领的两个团队通力合作，对铁基超导宏观量子态进行了全面而系统的研究，覆盖了铁基超导材料的整个相图，获得了丰富和高质量的电子结构数据，基本弄清了其超导机制。