近期，南方科技大学“量子科学与工程”研究所的访问学者、北京大学国际量子材料科学中心刘雄军研究员在物理学顶级学术刊物《物理评论快报》上发表论文，指出三维外尔半金属中在出现FFLO类型的超导配对时，可在其涡旋线中出现由第二陈数保护的手征无能隙马约拉纳（Majorana）激发，并证明该类手征Majorana激发在涡旋环（vortex ring）结构下，满足3-loop型的3D非阿贝尔统计特性（Phys. Rev. Lett. 118, 207002，2017）。

       寻找新型马约拉纳费米准粒子是近年凝聚态物理中的重要研究课题。马约拉纳准粒子的特征与所在超导体系的维度有着重要的关系。其中，由陈数（Chern number）保护的具有手征特性的马约拉纳准粒子通常存在于偶数维超导中，原因陈数是在偶数维空间中所定义。然而，在本工作中，刘雄军教授和博士生陈章通过研究三维外尔半金属发现，当系统处于FFLO类型的超导配对时，在超导的涡旋线激发中出现手征无能隙马约拉纳态，该手征特性的马约拉纳模不能由在二维空间定义的第一陈数保护。为此，作者在原本的三维真实空间上，以超导相位作为参数空间引入人工维度，进而研究由真实空间加人工维度形成的人造四维空间拓扑特性。他们通过计算发现，在该四维空间中系统的第二陈数非零，提供了对前述涡旋线中手征马约拉纳态的拓扑保护。这个结论存在一系列非平凡推论，其中最有趣的是当考虑涡旋环结构时，该手征马约拉纳态可满足3-loop型的3D非阿贝尔统计。这对于研究高维空间的非阿贝尔统计性质以及新型拓扑物态提供了实际物理平台。

       该工作由陈章博士后为第一作者，刘雄军研究员为通讯作者。文章得到国家自然科学基金，科技部重点专项，和国家青年千人基金的支持。

       由俞大鹏院士创建并领导的南方科技大学“量子科学与工程”研究所围绕国家“十三五”计划中的优先发展“量子科学”的国家发展战略，瞄准当今凝聚态物理研究的前沿领域，聚焦于基于输运的固体量子计算科学基础科学问题与量子芯片技术研究。目前，该研究所的研究团队已成功获得深圳市“十大基础研究机构”等省市建设项目的大力支持，以及南方科技大学“高水平理工大学建设”等项目的优先支持，并与国内外众多量子信息优势研究机构建立了良好的交流与合作关系。

Fig. 1：(a,b) Chiral gapless Majorana modes existing in the FFLO phase of a 3D superconducting Weyl semimetal, moving along the vortex lines and being protected by emergent 2nd Chern numbers; (c) In the BCS phase, no chiral Majorana modes, instead, the Majorana zero flat bands are obtained.

Fig. 2：The chiral Majorana modes in vortex rings obey 3D non-Abelian loop-braiding statistics.  (a) sketch for a single braiding; (b) the sketch for a full braiding.

        文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.207002