驱动马约拉纳模式：实现合成px+ipy超导体的新路径

本文针对稀有px+ipy超导体难以自然存在的问题，提出通过周期性驱动一维拓扑系统中的马约拉纳零模（MZM）实现合成手性超导体的创新方案。研究团队基于Kitaev p波超导链和Kondo晶格模型，利用Floquet理论构建了具有等效二维拓扑特性的合成系统，成功诱导出具有非阿贝尔统计特性的马约拉纳π模式（MPM）。该工作为拓扑量子计算提供了新的材料设计思路，发表在《Materials Today Quantum》上。

　　

在量子材料研究领域，实现具有非阿贝尔统计特性的马约拉纳费米子一直是拓扑量子计算的核心挑战。传统p_x+ip_y超导体虽能天然承载马约拉纳零模，但这类材料极其稀少，已知候选材料如Sr₂RuO₄等近年还被实验否定。这一困境促使科学家探索"合成"手性超导体的新路径。

中国某研究机构的研究人员创新性地提出，通过周期性驱动一维拓扑系统中的马约拉纳零模，可以人工构建出等效的二维p_x+ip_y超导体。该研究类比Thouless电荷泵浦机制，将时间维度转化为合成空间维度，利用Floquet理论实现了从一维系统到二维拓扑相的维度拓展。相关成果发表在《Materials Today Quantum》期刊。

研究主要采用三项关键技术：1）构建周期性调制的Kitaev p波超导链模型，通过化学势的时空调控实现马约拉纳模式泵浦；2）在Kondo晶格模型中引入旋转磁螺旋驱动，结合s波超导邻近效应产生合成维度；3）运用Floquet理论计算准能谱和拓扑不变量（如Chern数），分析系统的拓扑特性。

2.1 调制Kitaev模型
研究人员首先在化学势调制的Kitaev链中观察到马约拉纳零模在拓扑/非拓扑超导畴界面的局域化。通过引入行波形式的周期性驱动μ_j(t)=μ₀+δμcos(qj+ωt)，实现了马约拉纳模式的定向输运。傅里叶变换显示该系统等效于具有磁通量q的二维超晶格，其准能谱呈现典型的Hofstadter蝴蝶结构。

2.2 Floquet理论
将时间周期驱动映射到合成维度后，系统表现出等效的二维拓扑超导特性。在q=2π/3的特定调制下，计算得到的Chern数为(-1,+1,+1,-1,-1,+1)，证实了合成p_x+ip_y配对的存在。能带投影分析显示，有效配对函数f(p_x,p_y)具有手性涡旋结构，这是拓扑非平庸相的直接证据。

3. 驱动Kondo晶格链
在更接近实际材料的Kondo晶格模型中，研究人员通过椭圆磁螺旋的旋转驱动（S→_j=(0,-sin(qj+ωt),bcos(qj+ωt))）实现了类似的马约拉纳泵浦。引入Zeeman场打破π旋转对称性后，系统从2Z类提升为Z类拓扑分类，在开边界条件下观察到两对手性马约拉纳边缘态。

4. 马约拉纳π模式
在中等驱动频率区域（ω与带宽可比拟时），系统在Floquet布里渊区边界（ε=±π/T）处出现马约拉纳π模式（MPM）。通过计算拓扑电荷Q₀和Q_π发现，当T≈1.45时系统会经历拓扑相变，从支持MZM的相转变为支持MPM的相。

这项研究开创性地证明了通过动力学驱动实现合成手性超导体的可行性。所提出的马约拉纳泵浦机制不仅为在常规材料中"设计"拓扑超导相提供了新范式，其产生的马约拉纳π模式更为拓扑量子计算提供了新型量子比特载体。该工作架起了凝聚态物理中Thouless泵浦、Floquet工程与拓扑量子计算间的桥梁，为未来实验实现可调控的马约拉纳器件奠定了理论基础。