马约拉纳（Majorana）零能模具有非阿贝尔统计特性，被认为是实现容错拓扑量子计算的重要基础。近年来，人们在多种拓扑超导候选体系中观测到符合Majorana零能模的实验特征。然而，如何获得更加确切的Majorana零能模实验证据并实现对其调控是当前拓扑超导研究中亟待解决的问题。
物理系宋灿立、马旭村与南方科技大学薛其坤研究团队，在前期成功实现高质量铁砷基薄膜外延生长和及其超导性质的基础上（Phys. Rev. Lett. 134, 246203 (2025)，入选Editors’ Suggestion论文），近期利用高分辨扫描隧道谱学实现了最优掺杂Ba(Fe0.94Co0.06)2As薄膜中Majorana零能模及其量子化涡旋束缚态的精细测量。该研究清晰分辨出以Majorana零能模为中心的整数化涡旋束缚态能级序列，与普通涡旋中的半奇整数能级形成鲜明对照（图1）。通过系统研究和统计分析，进一步确立了两类磁通涡旋截然不同的谱学特征，为铁基超导体中的Majorana零能模提供了迄今最为清晰和系统的谱学证据之一 。
图1：Majorana涡旋与普通涡旋中不同的量子化束缚态及其统计分布
更为重要的是，该研究还在铁基超导体磁通涡旋中发现了沿母体反铁磁方向的非公度电荷条纹相（图2(a)）。通过与波士顿学院汪自强、清华大学物理系刘东研究组的理论合作，提出Ba(Fe0.94Co0.06)2As磁通涡旋是否承载Majorana零能模与其相对于电荷条纹调制的位置密切相关：Majorana涡旋倾向于出现在电荷条纹调制的波节附近，而普通涡旋则更多位于条纹调制的波腹附近（图2(b)）。 这一发现揭示了关联电子有序态与拓扑涡旋态之间的直接联系，也为理解铁基超导体中普遍只有部分磁通涡旋出现Majorana零能模的现象提供了一种潜在的微观机制。
图2：磁通涡旋内的电荷条纹调制及其与涡旋束缚态的关联
该工作在铁基高温超导体系中建立了电荷条纹相、磁通涡旋与Majorana零能模之间的内在联系，不仅为铁基超导相图补充了长期缺失的电荷有序态这一重要现象，也表明材料内禀的关联电子有序可能在决定磁通涡旋的拓扑性质中发挥重要作用。同时，我们实验证明Majorana零能模在铁基超导薄膜中可以稳定存在，为未来通过涡旋钉扎、栅压调控等手段实现Majorana量子态的可控产生与操纵提供了新的材料基础和实验途径。
该成果以“Intertwined Charge Stripes and Majorana Zero Modes in an Iron-Based Superconductor”为题发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），并再次被遴选为Editors’ Suggestion。物理系2021级博士研究生刘宇、2019级博士研究生韦力瑄（已毕业）和博士后程强军为论文共同第一作者。上海交通大学贾金锋教授和南方科技大学任明强副研究员为本研究提供了宝贵的意见和帮助。本研究得到了国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划、量子信息前沿科学中心以及低维量子物理全国重点实验室的资助。
文章链接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/6f1z-dvc6
