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“原子指南針”探測到馬約拉納費米子存在的關鍵證據
賈金鋒團隊是怎樣使馬約拉納費米子“露面”的呢?
“理論預言，在拓撲絕緣體上面放置超導材料就能實現拓撲超導。這件事情聽起來容易，但卻在材料科學領域是一大難題。而且，由於在上方的超導材料的覆蓋，馬約拉納費米子很難被探測到。”賈金鋒説，在大量實驗基礎上，他們沒有按照大多數人通常的思路往下走，而是反其道而行之。最終，把超導材料放在了下面，使它上方“生長”出了拓撲絕緣體薄膜，讓拓撲絕緣體薄膜的表面變成拓撲超導體，直接把喜歡捉迷藏的馬約拉納費米子從“暗處”翻到了“明面”上，為尋找馬約拉納費米子奠定了重要的材料基礎。
2014年年底，一篇理論文章預言了馬約拉納費米子的磁學性質，賈金鋒敏銳地意識到，可以用自旋極化的掃描隧道顯微鏡來探測馬約拉納費米子。“在磁性材料表面的不同位置處也有‘南’與‘北’，這就是材料的磁學性質。自旋極化的掃描隧道顯微鏡的針尖具有磁性，它就像一個‘原子指南針’，能夠準確地探測一個原子的磁性特徵，幫助我們找到隱藏在拓撲超導體渦旋中的馬約拉納費米子。”賈金鋒説。
然而，馬約拉納費米子的磁性非常弱，要探測到它需要有更加靈敏、更低溫度的掃描隧道顯微鏡。在微結構科學與技術2011協同創新中心內，團隊發現南京大學剛剛建設一台40mK的掃描隧道顯微鏡系統，可以為該實驗提供了一個充分的實驗條件。
2015年年底，賈金鋒團隊及其合作者終於直接觀察到了馬約拉納費米子存在的有力證據。“在實驗中，我們觀察到了由馬約拉納費米子所引起的特有自旋極化電流，這是馬約拉納費米子存在的確定性證據”。
2016年年初，研究團隊發現理論計算的結果完全支援實驗觀測到的結果。通過反覆對比實驗，發現只有馬約拉納費米子才能産生這種自旋極化電流的現象。至此，馬約拉納費米子的神秘面紗終於被揭開。賈金鋒表示，這是他們的實驗首次觀測到馬約拉納費米子的自旋相關性質, 同時也提供了一種用相互作用調控馬約拉納費米子存在的有效方法，還為觀察神秘的馬約拉納費米子提供了一個直接測量的辦法。
《物理評論快報》的審稿人評價稱，作者報告了在人造拓撲超導體中用自旋極化掃描隧道顯微鏡對馬約拉納費米子進行的探測。他們的實驗結果證明了文獻中理論預言的由馬約拉納費米子引起的自旋選擇性的隧穿。“總之，實驗結果是清楚和可信的，提供了一個直接觀測神秘的馬約拉納費米子的實驗方法”。
