4月2日，我校凝聚态物理团队与浙江大学陈启谨教授、宁凡龙教授合作的论文Coexistence of nontrivial topological properties and strong ferromagnetic fluctuations in quasi-one-dimensional A2Cr3As3在Nature合作期刊npj Computational Materials（2018年期刊影响因子9.651）上发表。这是凝聚态物理团队在准一维铬砷基系列超导材料研究方面发表的第4篇论文。

超导是指一些材料在特定条件下（主要为低温），直流电阻严格为0的奇特性质。自1911年超导现象被荷兰科学家H·卡茂林·昂内斯（1913年诺贝尔物理学奖）发现以来，超导态及超导材料就因为其特殊的物理性质一直备受物理学界的关注。在超导态下，由于超导体没有电阻，直流电通过超导体没有任何热损耗，从而可以实现零损耗传输；还可以利用其中的大电流实现超高强度的磁场。现代医学广为应用的核磁共振成像仪(MRI)中正是大量使用了超导材料制成的线圈以获得高强度的磁场。除此以外，人们还可以利用磁场不能穿过超导体（迈斯纳效应）的特性，实现超导磁悬浮列车等。

近年来，超导材料和超导体的研究开始逐渐向拓扑超导拓展。区别于普通超导材料的是，拓扑超导材料的表面具有受拓扑保护的金属态。当其处于外磁场中时，在其磁通漩涡中可能形成Majorana零能模，其统计特性符合非阿贝尔统计。由于这些态受到拓扑保护，不受弱杂质等的影响，因此拓扑超导材料被认为是实现量子计算最理想的材料。实现拓扑超导材料主要有两个途径：一种是通过加压、掺杂等方式在已有的拓扑材料中实现超导（如CuxBi2Se3）；另一种是寻找具有非平庸拓扑性质的超导材料。而在实验最直接的证据就是发现Majorana零能模。

2015年，浙江大学曹光旱教授研究组先后在一系列准一维材料A2Cr3As3(A=Na, K, Rb, Cs）内观察到了超导现象。这一系列材料因为其具有低维，铁磁涨落和非中心对称超导电性等性质而广泛引起研究者的兴趣。尤其在K2Cr3As3中，实验和理论计算都表明其具有很强的铁磁涨落，而这种铁磁涨落有利于超导三重态配对。近期NMR实验则显示铬砷基超导体家族可能具有类似于超流体3He（三重态配对）的性质，这意味着该非常规超导体可能具有非平庸的拓扑性质。在前期大量相关研究工作铺垫的基础上，凝聚态团队的研究人员对其进行了多年坚持不懈的研究。基于第一性原理计算和理论分析，研究人员系统地研究了铬基化合物的电子结构、能带拓扑、磁性涨落和超导态的拓扑性质。研究发现，Na2Cr3As3和K2Cr3As3的体能带上存在三重简并点，并且这些三重简并点在[0 1 0]表面上被费米弧连接（图1）。同时，RPA计算显示，在K2Cr3As3和Rb2Cr3As3中存在较强的铁磁涨落，而在Na2Cr3As3和Cs2Cr3As3中铁磁涨落现象并不明显，该结果与NMR实验吻合（图2）。此外，该研究基于对称性还对超导态可能存在的拓扑性质进行了计算分析，指出这一材料在三重态配对下可能是一种拓扑超导的候选材料，而最终在该材料中是否存在Majorana零能模有待于进一步的实验证实。

本论文的第一作者徐陈超博士系我校2013级物理系本科毕业生，后以当年总分第一的优异成绩进入浙江大学物理系深造，在浙江大学陈启谨教授与我校凝聚态团队曹超教授共同指导下进行强关联及超导系统的第一性原理研究，现已进入东京大学物理系进行博士后研究。论文的第一通讯作者为凝聚态物理团队曹超教授，第二通讯作者为浙江大学陈启谨教授。这项工作得到了国家自然基金面上项目以及973项目的支持。凝聚态团队近年来在铬砷基材料研究上发表的论文包括：

[1] Electronic structure of quasi-one-dimensional superconductor K2Cr3As3 from first-principles calculations, Hao Jiang, Guanghan Cao, and Chao Cao, Scientific Reports 5, 16054 (2015)

论文链接：https://www.nature.com/articles/srep16054

[2] Reduced dimensionality and magnetic frustration in KCr3As3, Chao Cao, Hao Jiang, Xiao-Yong Feng and Jianhui Dai, Physical Review B 92, 235107 (2015)

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.92.235107

[3] Lifshitz transition and nontrivial H-doping effect in the Cr-based superconductor KCr3As3Hx, Si-Qi Wu, Chao Cao and Guang-Han Cao, Physical Review B 100, 155108 (2019)

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.100.155108

[4] Coexistence of nontrivial topological properties and strong ferromagnetic fluctuations in quasi-one-dimensional A2Cr3As3, Chenchao Xu, Ninghua Wu, Guo-Xiang Zhi, Bing-Hua Lei, Xu Duan, Fanlong Ning, Chao Cao, and Qijin Chen, npj Computational Materials 6, 30 (2020)

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41524-020-0294-9

图 1. A2Cr3As3的能带结构及[010]方向的表面态。TP标注三重简并点的位置，Ss为表面态。详细说明参考论文图4及正文。

图 2. A2Cr3As3系列材料G点的自旋极化率随温度变化的趋势。详细说明参考论文图6及正文。