4月12日下午，上海交通大學賈金鋒、鄭浩團隊“實驗證實超導態‘分段費米麵’”科研成果發布，該成果於近日入選2022年度“中國科學十大進展”，是上海交通大學時隔11年再次入選中國科學十大進展。

　　上海交通大學校務委員會專職副主任吳旦，中國科學院院士、上海交通大學物理與天文學院教授、李政道研究所拓撲量子計算實驗平台負責人賈金鋒，科研院院長曾小勤，物理與天文學院院長向導，科研院學術發展與成果處副處長丁蕾，物理與天文學院教授、李政道研究所平台建設學者鄭浩參加發布會。會議由上海交通大學黨委宣傳部副部長李厚銳主持。

　　賈金鋒院士介紹成果整體情況。他表示，該項成果是上海交大物理與天文學院團隊多年工作的積累和延續，2012年團隊製備出了拓撲絕緣體/超導體異質結，證明了該體係為拓撲超導，並在其中觀察到了人們長期追求的馬約拉納零能模。這次的成果是在該體係中發現的新現象，是對該體係持續不斷研究的最佳回報。同時，該項成果的獲得也要感謝國家、學校及學院對團隊工作的長期持續支持。

　　鄭浩教授代表團隊對本次研究成果作介紹。他詳細介紹了超導態“分段費米麵”的物理背景、實驗過程、研究結果和學術價值。強調將拓撲絕緣體表麵態費米速度大的優勢，跨領域的應用到超導研究中來，是解決問題的關鍵。表示未來將會以具有“分段費米麵”的超導體為平台，探索構築新型拓撲超導態和實現超導二極管效應等重要物理效應的可能性。

　　向導對本次研究成果的發布表示熱烈祝賀，並對學校的關心支持表示感謝。他回顧了賈金鋒院士帶領團隊十餘年磨一劍，不斷在拓撲量子領域取得重大突破的過程，對其團隊潛心科研、攻堅克難、勇於創新的精神給予高度讚揚，他還表示，物理學科是科技的創新源頭，對推動國民經濟發展、解決“卡脖子”問題，在國際競爭中爭取話語權等方麵發揮重要作用，學院將再接再厲，持續聚焦國家發展戰略，堅持用“一流學科“和”一流人才“支撐起”雙一流學院“建設。

　　吳旦對這項科研成果的重要意義給予高度肯定，並代表學校向兩位老師表示熱烈祝賀。他強調，基礎研究是整個科學體係的源頭，是所有技術問題的總機關。高水平研究型大學要把發展科技第一生產力、培養人才第一資源、增強創新第一動力更好結合起來，成為基礎研究的主力軍和重大科技突破的生力軍，為培養更多傑出人才作貢獻。他表示，近年來學校持續從三個方麵強化基礎科研：一是繼續強化科研自主布局、提升基礎策源能力；二是堅持目標導向和自由探索兩條腿走路，推進科研組織模式範式創新；三是堅持遵循科技創新和人才成長規律，構建健康良好科研生態體係，全麵釋放人才創新活力。大力弘揚“敢為人先、與日俱進、勇攀高峰、求真務實”的創新精神，為建設世界一流大學貢獻基礎支撐。

“實驗證實超導態‘分段費米麵’”成果科普介紹

導體與絕緣體

　　我們撥開一段電線就會發現，它包括了中間的金屬線和外麵包裹的絕緣層兩部分。金屬線負責傳導電流，絕緣層負責把電流局限在金屬線中，防止漏電。那為什麼會有導體和絕緣體的區別呢？固體物理學的研究發現，固體材料會有一種叫“能帶”的固有性質，固體裏的電子會按照能量從低到高的方式填充能帶。導體中的能帶沒有被填滿（半滿能帶），而絕緣體的能帶都是被填滿的（全滿能帶）。就像一個擠滿了人的房間裏，人寸步難行，而一個空房間裏，人能夠自由走動一樣，擠滿電子的全滿能帶不能導電，而半滿能帶能夠導電。

　　另外，就像一瓶半滿的水能看到水麵一樣，一個半滿的能帶也能觀測到“電子麵”，物理術語叫“費米麵”。具體來說，在固體能帶中，能量低於費米麵的態都被電子填充，高於費米麵的態都空置。所以，一個固體材料有沒有費米麵會決定它很多物理性質，包括是否導電，是否透光等等。

超導體

　　我們的手機、電腦用的時間長了會變熱，這是因為普通導體有電阻，所以在導電的同時會發熱。超導體的神奇之處在於它沒有電阻，導電的時候不發熱。我們現在用的高壓輸電線是普通導體，電從發電廠傳輸到我們家裏的過程中，很大一部分電能因為導線發熱被浪費掉了，如果換成超導輸電能夠節省大量的能源。另外，超導現象自從1911年被發現，到現在經過好幾代物理學家前赴後繼的研究，產生了大量的重要學術成果，光諾貝爾獎就得過5次之多。但是，經過百餘年的研究，超導物理中仍然有些尚未解決的課題，都是難啃的硬骨頭。

分段費米麵

　　大量研究表明，超導體雖然導電（而且是零電阻導電），但卻沒有費米麵。因為超導體中承擔導電任務的不是單個電子，而是兩個電子組成的庫伯對。1965年德國物理學家Peter Fulde理論預言，讓超導體中庫珀對動起來，如果速度足夠快，就有可能在原本沒有費米麵的超導體中產生出一種特殊的“分段費米麵”。然而，對多數單一超導材料中，庫珀對速度太大會直接破壞超導態。實現 “分段費米麵”在實驗上十分困難，雖然一直有人嚐試，但未能取得突破。上海交通大學賈金鋒、鄭浩團隊與麻省理工學院傅亮團隊合作，設計製備了拓撲絕緣體/超導體（Bi2Te3/NbSe2）異質結體係，借助超導近鄰效應在Bi2Te3中誘導出超導，得益於Bi2Te3拓撲表麵態的費米速度極高的獨特優勢，隻需要很小的庫伯對速度，就實現並觀察到了預言中的“分段費米麵”。

　　研究表明，擁有“分段費米麵”的超導體，可以實現正向零電阻導電，反向非零電阻導電的獨特現象（約瑟夫森二級管效應），可以用來構建超導計算機，實現無能耗的高效計算。另外，還可以為例如有限動量超導、庫伯對密度波等很多具有重要物理學理論研究價值的課題提供關鍵的研究載體。