实验的纳米线中的自旋轨道耦合不是均匀的。在纳米线结构中电极和超导体的电场以及屏蔽效应都会调制自旋轨道耦合的大小，造成空间不均匀。最简单的模型可以假设纳米线分成自旋耦合大小不同的两段。这个假设立刻能给出衰减的Majorana振荡。其衰减机制是：随着磁场的增大，两段纳米线之间的耦合增强导致二者能谱之间的相互排斥增强，使得能量较低的能谱在振荡的同时变得更低。通过更仔细的参数调节，在不同长度纳米线中观测到的各种形状的衰减都可以被拟合，更加确定了不均匀自旋轨道耦合在纳米线中的存在。此外，这个理论发现，存在不均匀自旋轨道耦合的时候，纳米线中的另一种拓扑束缚态Andreev束缚态也会产生衰减振荡。最新的实验也支持了非均匀自旋轨道耦合是纳米线中不可忽视的因素。

体-边对应关系是拓扑物态的一个基本特征。近期新发现的高阶拓扑物态由于呈现出新型的体-边对应关系而受到广泛关注。特别地，由于高阶拓扑超导体允许马约拉纳零模直接出现在二维和三维系统的边界上，这为寻找马约拉纳零模和实现拓扑量子计算提供了新的思路。近两年来，虽然已提出一系列实现高阶拓扑超导体的理论方案，但这些方案或要求超导转变前的正常态具有拓扑非平凡的性质，比如，拓扑绝缘体，或要求混合宇称的超导配对。如果正常态只是普通的金属，而超导配对只有奇宇称或偶宇称型的配对，是否能实现高阶拓扑超导体仍是一个重要的开放问题。

FeSe超导体是铁基超导家族中结构最简单的材料。无论是在超导态还是正常态（四方-正交的结构相变温度之下），FeSe中的低能量自旋激发是完全c方向极化的，即没有ab面内的分量。这一奇特的自旋激发各向异性表明：一是FeSe中自旋轨道相互作用很强；二是FeSe中的自旋轨道相互作用会显著地影响电子库珀对的形成。

1.测量R-T主机一台（主要完成温度的测量和电阻测量，以及为样品提供电流的恒流源） 2.测量X-T用主机一台（主要完成温度的测量和显示，磁化率的测量和显示） 3.测量实验台架一套（测量零电阻和磁化率共用） 4.测温传感器（PT100） 5.低温杜瓦（内径φ120×80）

北京大学物理学院量子材料中心的王楠林研究组在Physical Review X期刊发表文章针对上述问题开展了深入研究。该研究组在基金委重大科研仪器设备研制专项支持下自主建设了“能量可调近红外到中红外强场脉冲激光泵浦-太赫兹探测”实验系统。他们利用脉宽35 fs，重复频率1 KHz，单脉冲能量3.2 mJ的800nm激光泵浦一台共享白光的双路输出光参量放大器，由光参量放大器输出的近红外光作为泵浦光、或由其输出的两路信号光（偏振互相垂直）在非线性光学晶体GaSe上差频得到载波相位稳定的中红外泵浦光。研究组首先利用傅里叶变换光谱技术测量欠掺杂铜氧化物高温超导体YBa2Cu3O6+x 沿c轴方向宽广能量区间的反射谱，由Kramers-Kronig变换计算得到平衡态光学常数。之后利用不同能量的激光进行泵浦，研究了泵浦后不同时间延迟样品c轴方向在太赫兹波段的非平衡态光学性质。 由于铜氧化物高温超导体具有准二维的晶体结构，体系导电载流子主要被束缚在两维的CuO2层内，这些CuO2层由导电比较差的原子层所隔开。因此正常态时体系沿c轴方向导电性很差、反射率较低；但是当体系进入超导态后，相邻 CuO2层通过约瑟夫森效应耦合起来。超导凝聚在c轴方向太赫兹波段的光谱特征包括：反射率谱上出现一个陡峭的约瑟夫森等离子体边、电导率实部σ1的低频谱重丢失、电导率虚部σ2在零频附近出现发散。图1显示了超导转变温度55K的YBa2Cu3O6.55样品c轴方向的平衡态光学性质。

基本概念：双面高温超导涂层导体是指用薄膜沉积的方法将微米级高温超导薄膜材料制备在厚度为几十到一百微米、宽度为几毫米到几厘米、长度为百米到几千米的Ni合金薄带的两个表面上，使其具有承载大电流能力的带状材料。 主要功能与应用领域：在液氮温区，双面高温超导涂层导体具有每厘米宽度上承载几百安培、甚至超过1000安培电流的能力，并且适合高场下的应用，因此，特别适合于大电流、强磁场下的应用。双面高温超导涂层导体可用于大电流电缆、大电流限流器、高功率变压器、小型化强场磁体、高功率发电机、电动机、电磁弹射器、电磁储能器的制作。 图1 双面高温超导涂层导体结构示意图 图2 双面高温超导涂层导体样品照片 特色及先进性：本团队研制的双面结构高温超导涂层导体具有承载电流水平高、制作成本低的特点。我们采用溶液涂覆平整化+离子束辅助沉积+中频反应磁控溅射+金属有机化学气相沉积+直流磁控溅射的技术路线完成各层薄膜的制备，由于采用发明的基带自加热结合两面同时沉积的方法，带材成本大幅降低，制备效率显著提高。 技术指标：短样Jc大于1.8MA/cm2，双面Ic超过500A/cm；长度>10米，Ic>300A/cm。 能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果：本成果目前主要应用于电力电子、国防军事、以及医疗领域，应用前景广阔。超导电力技术是从根本上为降低电力系统损耗、提高电力系统输送能力、有效限制故障短路电流、提高电网的安全性和改善电力系统动态特性开拓的新技术途径，给电力、能源、交通等有关的科技业带来革命性的发展；利用高性能的超导带材研制的电磁弹射器与蒸汽弹射器相比，体积、重量减少一半，弹射能增加了50%，弹射效率提高了10倍以上，满足了重型舰载机弹射的需要；高性能的超导带材使得高能脉冲武器（激光、微波、粒子束）及电磁炮等新概念武器的实战化成为可能；采用高温超导磁体制成的核磁共振成像仪，损耗低（比铜低1000倍）、灵敏度高、信噪比好，可以大大提高成像质量、降低成本，这种超导磁共振成像设备不仅可以用在大型的医疗机构中，也可以用在小型诊所，对于提高生命的质量意义重大。

双面高温超导涂层导体是指用薄膜沉积的方法将微米级高温超导薄膜材料制备在厚度为几十到一百微米、宽度为几毫米到几厘米、长度为百米到几千米的Ni合金薄带的两个表面上，使其具有承载大电流能力的带状材料。

为了实现高载流、准各向同性的目标，对涂层导体临界电流各向异性、稳定性、机械特性、失超及恢复特性、过流特性进行理论和实验研究，建立涂层导体临界电流各向异性模型。对涂层导体面外弯曲特性、扭绞特性进行了系统实验研究。 在此基础上，提出准各向同性涂层导体股线的概念，设计制作了铜包套、铝包套和不锈钢包套股线的圆截面和方形截面股线，对股线进行临界电流、交流损耗、拉伸和弯曲、扭绞特性、稳定性、失超及恢复特性、过流特性进行系统理论和试验研究。 分析和实验研究正常导体与涂层导体之间的电流转移长度，为超导股线与正常导体端部焊接提供了技术依据。对激光焊接不同金属材料功率进行实验探索，获得不同包套材料所需激光焊接功率；研制加工模具，在现有光缆生产线上，实现了10米长圆截面超导股线的加工。并对10米股线长样进行了临界电流实验。

通过超高真空分子束外延技术，在SrTiO3衬底上成功制备出宏观尺度的单原胞层（厚度小于1纳米）高温超导体FeSe与FeTe0.5Se0.5单晶薄膜，其超导转变温度大约在60 K左右，并通过原位扫描隧道显微镜和隧道谱技术对其中的超导配对机制进行了深入研究。 原位扫描隧道显微镜观测表明沉积的Fe原子处于薄膜上层的Te/Se原子间隙处。由于沉积密度极低，Fe原子以孤立吸附原子形式存在，且吸附位附近无近邻Fe原子团簇。系统的原位超高真空（~10-10 mbar）扫描隧道谱实验发现，对特定的吸附原子/单层FeSe（FeTe0.5Se0.5）耦合强度[数量占比约13% (15%)]，Fe吸附原子上可观测到尖锐的零能电导峰（图1）。该电导峰紧密分布在吸附原子附近，衰减长度~3 A，且远离吸附原子时不劈裂。变温实验表明，零能电导峰在远低于超导转变温度时即消失，可初步排除Kondo效应、常规杂质散射态等解释（图2A和图2B）。进一步的控制实验和分析显示，零能电导峰半高宽严格由温度和仪器展宽限制、在近邻双Fe原子情形不劈裂、服从马约拉纳标度方程，这些结果均与马约拉纳零能模的唯象学特征吻合（图2C-图2G）。对沉积于单层FeSe薄膜与FeTe0.5Se0.5薄膜上的Fe吸附原子，结果基本相同。相比于单层FeSe，统计结果表明单层FeTe0.5Se0.5上Fe吸附原子中观测到零能束缚态的几率更高且信号更强。波士顿学院汪自强教授和合作者曾在理论上提出，无外加磁场时，强自旋-轨道耦合s波超导体间隙磁杂质可产生量子反常磁通涡旋。理论上如果单层FeSe和FeTe0.5Se0.5由于空间反演对称破缺而具有较强的Rashba自旋-轨道耦合, Fe原子的磁矩局域破坏时间反演对称，可以使量子反常涡旋“承载”马约拉纳零能模。对单层FeSe和FeTe0.5Se0.5有些理论也预测存在拓扑非平庸相。在二维拓扑超导体中，马约拉纳零能模也会产生于Fe原子诱导的量子反常涡旋中的束缚态。因此，实验中观测到的零能电导峰可归因于Fe吸附原子引起的局域量子反常涡旋。更深入、具体的理解还有待于进一步的实验和理论探索。这一工作将探索马约拉纳零能模的超导材料从三维拓展到二维、从低温超导拓展到超过40 K超导转变温度的高温超导体系，同时无需外加磁场，观测到的零能束缚态原则上可操纵、“存活”温度明显提升。这些优势为未来实现可应用的拓扑量子比特提供了可能的方案。

本新技术成果（ZL200810044289.1）于2009年12月2日授权。