2024年5月29日，中国科学院院士、李政道研究所副所长丁洪教授应致远学院常务副院长何峰之邀，来到致远书院明德书屋，为学子们分享铁基超导体马约拉纳零能模系列工作并面对面交流。丁洪毕业于与致远学院一脉相承的上海交通大学试点班（86级），此次交流不仅是师者与学生的对话，也是学长与后辈的传承。

致远学院党委副书记吴晓玲，李政道研究所所长助理李晟，自然科学研究院长聘教轨副教授、“致远一期”毕业生、2020级数学方向班主任张耀宇出席。活动由李政道学者、2020级物理学方向班主任李数副教授主持。

“交得其道，千里同好。固于胶漆，坚于金石。”致交·问道为同学们提供了一个对话大师校友、接触科学最前沿的机会。

大者思远

从宏观到微观，从经典到量子，人类文明进步之羁绊往往是对物质的深入认识。经过几个世纪的不懈探索，人们总结出一些较为普适的规律。费米子因其满足独特的不相容特性，常常构成物质的“形”，而玻色子则在其中扮演费米子相互作用的媒介。

狄拉克在1928年将狭义相对论与量子力学结合，提出了惊世骇俗的狄拉克方程。随后，外尔意识到狄拉克方程的无质量情况可以分解为两个手征费米子，即外尔费米子。马约拉纳在1937年寻找到Clifford代数的纯虚数表示，从理论上预言了马约拉纳费米子。自此八十余年，物理学界便在寻找外尔费米子和马约拉纳费米子之征途上浩荡前行。

这些孜孜探索的脚步大致可以分为两缕：一缕是遵循粒子物理基本研究方法，寻找符合外尔和马约拉纳定义的基本粒子；另一缕则是在凝聚态物理“固体宇宙”中，尝试寻找量子多体物理的低能激发，即在“准粒子”中寻找二者的身影。不可否认的是，第一缕脚步具有理解宇宙本质的重要意义，但第二缕脚步常常伴随着物理甚至工程上的重大突破。

2015年，丁洪研究组在国际上首次在固体材料中发现外尔费米子，系列工作入选“物理评论”系列期刊125周年纪念论文集（共49项，其中34项获诺贝尔奖）、中科院改革开放四十年40项标志性重大科技成果—“拓扑物态领域系列研究”、英国物理学会《物理世界》评选的2015年度物理学十大突破、美国物理学会《物理》评选的2015年物理学八大亮点工作、2015和2017年中国十大科技进展新闻、2015和2017年中国科学十大进展，并应邀在Reviews of Modern Physics等期刊上撰写综述。

遵循同样的思路，在“固体宇宙”中狄拉克费米子、外尔费米子相继显露身影之后，丁洪研究组站在新的起点继续寻找马约拉纳费米子。固体材料中的马约拉纳“费米子”并不是一种费米子，实则是由电子和空穴场算符等幅叠加的一种自共轭准粒子，被称为马约拉纳“零能模”。由于满足非阿贝尔的任意子统计特性，马约拉纳零能模可以用于量子信息的存储与计算。其非局域性和拓扑稳定特性赋予马约拉纳零能模出色的可操控性和抗干扰能力，被认为是最具潜力的容错量子计算平台。丁洪讲述了在斯德哥尔摩的诺贝尔奖评审经历，认为与马约拉纳密切相关任意子领域是近年诺贝尔奖的强势候选者。

2018年，丁洪研究组在国际上首次在铁基超导体中发现马约拉纳零能模。由于同时具备单一材料、高温超导、强电子关联、拓扑能带等特质，铁基超导体中的马约拉纳零能模成功规避了此前本征拓扑超导体和近邻异质结体系在实现马约拉纳零能模上的困难，为马约拉纳物理开辟了自赋性拓扑超导的新方向，吸引了学界的广泛关注。实验发现，铁基超导体系中演生的涡旋马约拉纳零能模信号明确、物理清晰，具有很好的应用前景，丁洪将其亲切地称为“铁马平台”。

他用生动的话语描绘了科学研究中艰深曼妙的诗情画卷，有探索、有迷茫、有曲折、有柳暗更有花明，实乃：雄关漫道真如铁，马迹虽断蛛丝缠；寻半生科学之趣，回首已是平地楼台。正如他的报告题目：铁马冰河入梦来。

最后，丁洪介绍了李政道研究所“寻找宇宙中极大和极小间的关联，探索自然界最基本和最深刻的相互作用规律”的基本理念、依托大科学装置的极限探测能力开展有组织科研的优势地位、首批数理化生高层次人才培养中心的建设情况，鼓励同学们加入李所，面向未来。

问辩仁行

结合同学们的问题，丁洪介绍了铁基超导体马约拉纳零能模系列工作的具体情况。系列工作首先采用超高分辨角分辨光电子能谱，在铁碲硒材料体系中发现自旋锁定的狄拉克锥型拓扑表面态，而后采用超高分辨扫描隧道显微镜，在磁场诱导的铁碲硒磁通涡旋中发现马约拉纳零能模诱导的零偏压电导峰。由于铁基超导体的浅带性和高温超导性，其拓扑能隙（磁通涡旋束缚态的间隙）数值能达到meV量级，实验中不仅发现零能位置的零能模，两侧符合理论预言的级电导峰均能进一步验证零能模的存在性。事实上，铁碲硒材料的拓扑性质十分脆弱，样品会受无序杂质的干扰而失去拓扑性质，后续的锂铁砷等具有更鲁棒的拓扑性质的铁基超导体，则将拓扑涡旋的比例提升到接近100%。

丁洪还探讨了通过其他方式诱导零能模的可能性，与同学们一同讨论了采用超快激光实现零能模编织的设想。

活动最后，丁洪教授为同学们留下一个问题“时间是什么？”，鼓励同学们思索更前沿的科学问题。致远学院2022级物理方向张政亮作为学生代表向丁教授送上由致远学院明德书屋书法研习社老师熊凯悦同学的书法作品“行者无疆”，表达了致远学子对科学领域覆盖众多前沿方向、科学脚步从交大走向世界的丁教授的尊敬与感谢之情。

“学以聚之，问以辩之，宽以居之，仁以行之”，本次“致交·问道”活动旨在帮助致远学子与大师校友近距离接触，在与大师的对话、交流、问答中分享交流，思考讨论，传承交大精神。通过和丁洪教授的交流，致远学子们问道、论道、悟道，体会科学魅力，感悟科学精神，也必将在科研中实践所学所悟，成为敢问爱问，敢想会想的致远人。