在自旋非零（通常由鐵磁序引起）的激子（電子-空穴對）凝聚體中，由于激子内部的庫倫吸引勢起到了類似超導配對勢的作用，因此該激子凝聚體可以通過其自旋與磁場梯度的耦合，産生出一系列與傳統電荷超導相對應的效應。上述理論最早于2011年（Physical Review B 84, 214501）由謝心澄院士和孫慶豐教授等人提出，這種新奇的物态也相應地被命名為“自旋超導态”。此後，自旋超導這一概念受到了持續關注，包括自旋輸運、電邁斯納效應、類金茲堡-朗道理論等在内的一系列自旋超導态的新奇特性被相繼提出。

過去約二十年間針對拓撲量子計算的研究，主要集中于具有非阿貝爾編織效應的Majorana零模。這種非阿貝爾編織效應來源于Majorana零模在編織過程中大小為π的非阿貝爾幾何相位和Majorana零模基态構成的簡并空間，而其中由Aharonov-Bohm效應所引起的幾何相位π又來源于渦旋态的周期性邊界條件，以及Majorana零模有效電荷是超導體中庫珀對電荷的二分之一的特性。

最近，beat365“博雅”博士後、beat365官方网站量子材料科學中心吳宜家在合作導師謝心澄院士的指導下，與西安交通大學理學院劉傑副教授、蘇州大學物理科學與技術學院江華教授、浙江師範大學物理與電子信息工程學院陳華副教授、北京師範大學物理學系劉海文教授等合作，深入研究了利用自旋超導實現非阿貝爾編織效應的可能性。聯合研究團隊注意到如果自旋超導體具有拓撲非平庸的性質，那麼其中的渦旋束縛态同樣具有上述Majorana零模所具備的三大特征：簡并基态、1/2大小的有效“荷”、周期性邊界條件。相比于拓撲超導體中的Majorana零模，自旋超導體中的有效“荷”是指自旋而非電荷。相應地，在自旋超導的非阿貝爾編織過程中，大小為π的非阿貝爾幾何相位将由Aharonov-Casher效應而非Aharonov-Bohm效應引起。基于上述思路開展的理論研究指出了在自旋超導态中利用Aharonov-Casher效應實現非阿貝爾編織的可能性。

由于電邁斯納效應，自旋超導态中會出現電場通量梯度所形成的渦旋。在拓撲非平庸的自旋超導體中，該渦旋附近會束縛一個有效自旋是激子自旋1/2大小的拓撲邊态。利用該1/2大小自旋的Aharonov-Casher效應，該拓撲邊态可以展現出與Majorana零模類似的非阿貝爾編織特性。此外，相比Majorana零模，上述自旋超導體中的拓撲邊态具有非零的電荷，因而原則上更容易為實驗所探測。聯合研究團隊還從電磁多極矩展開的角度，指出了自旋超導是除電荷超導外，利用電磁荷實現非阿貝爾編織的“最小”方案。實驗上，拓撲非平庸的自旋超導态可通過帶有錯列勢的鐵磁石墨烯等體系實現。上述進展指出了一條有别于傳統電荷超導與Majorana零模的，研究非阿貝爾編織效應乃至拓撲量子計算的全新途徑。

摘自美國麻省理工學院文小剛教授Facebook個人主頁的一幅漫畫。漫畫中的科學家将一個電子劈成兩半，文小剛教授以此漫畫比喻科學家将電子一分為二得到Majorana零模，而Majorana零模的編織效應滿足非阿貝爾統計。謝心澄課題組和合作者的方案則是将一個自旋一分為二，并藉此實現非阿貝爾編織效應。

2022年3月11日，相關研究成果以“自旋超導體中利用Aharonov-Casher效應實現非阿貝爾編織”（Non-Abelian Braiding in Spin Superconductors Utilizing the Aharonov-Casher Effect）為題在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。吳宜家為第一作者，劉傑和謝心澄為共同通訊作者。

上述研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、中國博士後科學基金等的大力支持。

論文鍊接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.106804