拓扑半金属中的超导电性的文献综述
摘要：拓扑半金属是指具有拓扑结构的半金属，主要代表有Dirac和Weyl半金属。Dirac或Weyl半金属是Dirac或Weyl点和费米面重合的材料，但实际金属一般都有微小偏差。目前，我们对于拓扑半金属已经有了很多的研究，具体材料的超导电性及其他性质的研究也十分丰富，但是对于拓扑半金属中的超导电性的综合性研究和回顾还很少。本文通过对拓扑半金属和超导两方面入手，逐步对两个领域以及拓扑半金属中的超导电性这一主题的研究历史和前沿进展进行了梳理和研究。
关键词：拓扑半金属； 超导电性；拓扑超导体；Majorana费米子
一、文献综述
材料往往标志着人类社会的文明、进步程度，被认为是社会发展的里程碑。新型材料的发现能很大地推动生产力的发展。在历史上的每次重大技术的突破，都离不开新型材料的发现。而新型材料正是因其特殊的物化性质从而对社会和经济发展具有推动作用的材料。就超导材料而言，自1911年发现超导现象以来，至2011年已发现了5000 多种超导材料，目前这一数量还在增长。
超导材料具有三个基本特性：零电阻性、抗磁性（也称为迈斯纳效应）、宏观量子效应。(1)零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，如电路处于通路状态，则电流可以永久的持续下去；(2)抗磁性（也称为迈斯纳效应）：超导材料处于超导态时，会将体内的磁通量全部排除体外；(3)宏观量子效应：当两种超导材料被薄绝缘层隔开时，可在绝缘层中观察到电流，若在薄绝缘层两端加上电压，电流会停止且产生高频振荡。利用超导材料的三个基本特性，已经先后研发出了超导电缆、电流故障限流器、超导电机、超导量子干涉仪(SQUID)和磁悬浮列车等产品。部分产品目前已经商业化或已示范运营。超导材料包括低温超导材料(Low Temperature Superconductivity，LTS)和高温超导材料(High Temperature Super-conductivity，HTS)，而目前研究热较热门的主要是HTS材料。
与此同时，拓扑材料也成为了人们关注的焦点。近年来，在拓扑半金属快速发展，从中也发现了一些具有超导电性的材料。Dirac半金属，特别是Weyl半金属已经成为近年来的研究热点。2011年，万贤纲等人通过理论计算提出，烧绿石结构的铱氧化物可能是磁性Weyl半金属。同一年，徐刚等人理论预言铁磁尖晶石HgCr2Se4也是Weyl半金属。它们都破缺时间反演，使得手性相反的Weyl费米子不再重叠。
并且更值得关注的是，近年来，随着自旋电子学的迅猛发展，自旋轨道耦合效应越来越受到人们的广泛关注，国际上关于相关材料中自旋轨道耦合效应引起的各种新奇物理现象的报道越来越多，如自旋霍尔效应、自旋场效应晶体管、低损耗的自旋、自旋量子计算等。
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