拓扑超导体是一类特殊的超导体，体系内非平庸的拓扑性质导致在超导能隙内出现马约拉纳束缚态（MBS）或马约拉纳费米子。这种奇异的准粒子是自己的反粒子并且服从非阿贝尔统计，可以用来实现容错拓扑量子计算。寻找拓扑超导体是凝聚态物理的重要前沿课题之一。基于Fu-Kane模型，拓扑超导可以通过近邻效应在具有s波超导和金属型拓扑表面态的体系中实现。最近2M-WS₂被理论和实验证实是一种本征的具有化学配比的拓扑超导材料，且具有过渡金属硫化物家族最高的常压超导转变温度——8.8 K。然而，实验尚未直接观测到其中的拓扑表面态以及表面态的超导转变。

图1. 拓扑超导体2M-WS₂。（a）体-表面自近邻效应拓扑超导示意图。（b）2M-WS₂正常态（左）与超导态的能带结构示意图。（c）费米面与能带结构的角分辨光电子谱三维展示。（d）拓扑表面态能带色散的理论计算（左）和实验结果（右）比较。（e）拓扑表面态和体态的超导能隙随温度的演化。（f）各向同性的超导能隙。

近期，物理系杨乐仙课题组和合作者在2M-WS₂拓扑超导体的电子结构的研究中取得重要进展。利用同步辐射以及实验室搭建的基于激光的高分辨角分辨光电子能谱系统（laser-ARPES）， 科研团队成功观测到2M-WS₂的拓扑表面态，和理论预言完美符合。得益于物理系杨乐仙课题组laser-ARPES系统的超高能量分辨率（< 1 meV）和优良的低温性能（最低温度< 6 K），科研团队首次对2M-WS₂超导态下的电子能带结构进行了研究。在超导转变温度以下，体态和表面态打开能量尺度相近且各向同性的超导能隙，能隙大小在6 K时约为1.9 meV, 从而确认了2M-WS₂的拓扑超导性质。该成果目前以“Observation of topological superconductivity in a stoichiometric transition metal dichalcogenide 2M-WS₂”为题，在《Nature Communications》上在线发表。

此项工作由清华大学、上海科技大学、牛津大学、南京大学、中科院上海硅酸盐研究所等单位协作完成。上海科技大学物质学院李一苇博士后、郑慧君博士生、南京大学张冬芹博士生和硅酸盐研究所方裕强博士后为共同第一作者，物理系杨乐仙副教授，陈宇林特聘教授，上海科技大学柳仲楷助理教授、硅酸盐研究所黄富强研究员以及南京大学张海军教授为通讯作者。该研究得到了国家科技攻关计划、国家自然科学基金委、博士后国际交流计划引进项目等项目基金的大力支持。

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https://www.nature.com/articles/s41467-021-23076-1