近日，物理系特聘副研究员张燚博士和中国科学院物理研究所胡江平研究员团队合作在国际顶级综合性期刊《National Science Review》上发表了题为“Gapless vortex bound states in superconducting topological semimetals”的论文。张燚为论文的共同第一作者，上海大学物理系是第一单位，中科院物理所胡江平研究员和蒋坤研究员为共同通讯作者。张燚博士主要从事强关联电子系统和非常规超导电性的研究。
拓扑半金属是一类特殊的半金属，其低能物理受拓扑和对称性保护的拓扑无间隙激发控制（图1），这使它们拥有一些奇妙的特性。在新发表的论文中，作者研究了拓扑半金属中的超导涡旋束缚态的性质。他们发现由于这些材料的非超导正常态中存在着拓扑的无能隙激发，它们的涡旋中的束缚态可以变成无能隙（图2）。作者通过在包括狄拉克半金属、外尔半金属、三重简并的自旋为 1 的费米子半金属、自旋为 3/2 的 Rarita- Schwinger-Weyl 费米子半金属以及其他奇特的费米子半金属中的计算结果论证了这一普遍的理论。这些无能隙束缚态的形成和π相位差的超导-金属-超导约瑟夫森结中的 Andreev 特殊反射和可传播的 Andreev 模式紧密相连。此外，他们进一步论证了这些无能隙激发态被拓扑所保护，并且可以通过拓扑泵过程来推导出来。
该理论为理解一般拓扑半金属中的超导涡旋束缚态提供了新的方向，有助于研究潜在的超导手性晶体，如 RhGe。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委的资助。
论文全文：
Yi Zhang, Shengshan Qin, Kun Jiang, Jiangping Hu, Gapless vortex bound states in superconducting topological semimetals, National Science Review 10 (2023), 10.1093/nsr/nwac121
https://academic.oup.com/nsr/article/10/2/nwac121/6617598
