8篇Nature和Science,多个世界级成果,他放弃终身教授回国,只为追寻中国超导梦!
Areil 纳米人 2018-08-26

2018年8月17日,Science在线发表中科院物理所高鸿钧院士和丁洪研究员的研究论文,他们在铁基超导体中发现马约拉纳束缚态,与以往发表的实验结果不同是,这次探测到的马约拉纳束缚态峰位不随空间位置变化,实验峰宽接近于系统的能量分辨率。

 

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他们随后验证了马约拉纳束缚态在不同隧道结、磁场以及温度下的行为。理论拟合显示磁通涡旋中的马约拉纳束缚态来源于拓扑表面态超导的准粒子激发。与此同时,体态磁通涡线的准粒子热激发会抑制表面的马约拉纳束缚态。这些结果表明,实验观测到的马约拉纳束缚态不与平庸的低能激发态混合,首次清晰地观测到了纯的马约拉纳束缚态。其较高的零能峰观测温度,暗示未来可以调控实现液氦温度的马约拉纳束缚态。


今天,我们的主角就是这项成果的通讯作者之一:丁洪。

 

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图片来源:新华网


丁洪,现为中国科学院物理所研究员,北京凝聚态国家实验室常务副主任和首席科学家。1990年毕业于上海交通大学,于1995年获美国伊利诺伊大学芝加哥分校的物理博士。1995年9月至1998年8月在美国阿贡国家实验室作博士后。1998年9月至2008年5月在美国波士顿学院大学物理系历任助理教授、副教授、正教授。

 

2008年,他辞去在美国波士顿学院的终身教授职位回国。

 

丁洪团队利用角分辨光电子能谱(ARPES) 研究高温超导体和拓扑材料的电子结构和物理机理,取得了多项国际同行认可的重要成果,特别是在铜基高温超导体赝能隙、铁基超导体超导序参量对称性、外尔费米子在固体材料中的发现中做出了开创性的工作。

 

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图片来源:新华网

 

在博后期间,丁洪博士就曾发表2篇Nature,在铜氧化合物超导体中发现赝能隙。2008年在铁基超导体中首次观察到s-波超导序参量,2015年首次利用同步辐射在固体材料中发现外尔费米子,这项重大成果入选了美国《物理》评选的2015年国际物理学8大标志性成果、英国《物理世界》评选的2015年国际物理学十大突破、和中国科技部评选的2015年中国科学十大进展。今年3月,他们还在Science发表了关于铁基超导体的表面拓扑超导现象的研究。

 

8月20-23日在瑞典斯特哥尔摩召开的欧洲先进材料年会上,丁洪研究员获得了欧洲先进材料成果奖(European Advanced Materials Award)。

 

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丁洪研究员(左一),王恩哥院士(中)

 

1937年,物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)把描写费米子的基本运动方程(狄拉克方程)分解成电荷共轭不变的两部分(即马约拉纳方程),得到了“自己是自己的反粒子”的马约拉纳费米子。八十一年来,马约拉纳费米子的相关研究一直是物理学最前沿的问题之一。高能物理领域一直在寻找中微子是马约拉纳费米子的实验证据,如果证实,将是继发现希格斯波色子后的又一重大发现。

 

2014年,丁洪研究组通过对强关联铁基超导体FeTe0.55Se0.45进行能带表征,实验发现了狄拉克锥表面态的初步迹象(P. Zhang et al., APL 105, 172601 (2014))。随后他们与物理所方忠、戴希研究组合作从理论计算上表明这一能带反转具有拓扑非平庸的性质(Z.-J. Wang et al., Phys. Rev. B 92, 115119 (2015))。与此同时,物理所胡江平研究组计算发现单层Fe(Te, Se)薄膜也可发生拓扑非平庸能带反转(X.-X. Wu et al., Phys. Rev. B 93, 115129 (2016)),之后丁洪研究组发现了相关实验证据(X. Shi et al., Sci. Bull. 62, 503 (2017))。

 

2017年,华人科学家张首晟在整个物理学界历经80年的探索之后,他们终于发现了手性Majorana费米子的存在。同年丁洪研究组与日本东京大学合作,利用超高分辨角分辨光电子能谱证实了拓扑表面态的存在并研究了拓扑能带的性质(P. Zhang et al., Science 360, 182 (2018))。实验发现拓扑表面态具有较大的超导能隙(Δ)以及很小的费米能(EF),这使得拓扑非平庸的单一材料、较高的本征超导温度、较强的电子关联等要求在FeTe0.55Se0.45单一材料中有机的结合起来,为清晰干净地直接观测马约拉纳束缚态提供了基础。

 

1996

Nature:欠掺杂高温超导体正常状态下赝隙的光谱证据

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1998

Nature:欠掺杂高温超导体中费密面的破坏

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2001

Nature: 高Tc超导体Bi2Sr2CaCu2O8+x中的微观电子不均匀性

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2003

Nature:MgB2中多个超导间隙的起源

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2007

Nature:电子掺杂的高温超导体中独特的玻色子模式

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2017

Nature:首次观测到三重简并费米子

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2018

Science:铁基超导体表面拓扑超导性的观察

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2018

Science:铁基超导体中马约拉纳束缚态的发现

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团队至今发表了200多篇学术论文,其中高端杂志文章65篇 (《Science》2篇,《Nature》6篇,《Nature Physics》4篇,《Nature Communications》6篇,《Physical Review Letters》41篇,《Physical Review X》5篇,《PNAS》1篇),被SCI引用超过11000次,H-引用指数为53,在国际学术会议作邀请报告超过90次。1995年获美国威斯康星同步辐射中心的阿拉丁光源奖,1999年获美国的斯隆奖,2003获美国波士顿学院杰出科研成就奖,2005年获中国国家杰出青年科学基金B类,2008年入选首批国家“千人计划”,2010年获中国侨界“创新人才”贡献奖,2011年被选为美国物理学会会士,2014年获汤森路透中国引文桂冠奖和科研团队奖,2018年获欧洲先进材料成果奖。

 

目前,丁洪课题组的研究方向主要集中在:角分辨光电子能谱(ARPES)研究高温超导和拓扑的电子结构和物理机理


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传统的低Tc超导体(LTSC)以及高Tc超导体(HTSCs)

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自博后以来的20年间,丁洪研究员为国内超导事业做出了重要贡献,之前他接受采访时说道:“早已在心中规划起了三个梦——“梦之线”,建设一条性能指标世界最先进的光束线站;“梦之环”,建设世界上亮度最高的高能同步辐射光源;“梦中心”,建设中国第一个综合性国家科学中心。我的“梦之线”15年已经建好,现在也出现大量的成果;“梦之环”作为第四代同步辐射光源,几乎是百分百能够实现;“梦中心”也是上升到国家计划,在实施的阶段。我可以很自豪地说,我这三个梦,不再是个梦想,是一个现实。”


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图片来源:新华网

 

是啊,十年过去了,这已经不再是梦,是一个现实!正是因为有了这些对祖国科研充满信心的科学家,我们的技术才会与日俱增。

 

在此,向奋斗在一线的科研工作者致敬!

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