تسمح الموصلات الفائقة للتيار الكهربائي بالمرور دون مقاومة، في حين أن العوازل الطوبولوجية عبارة عن أغشية رقيقة يبلغ سمكها بضع ذرات فقط، مما يحد من حركة الإلكترونات إلى حوافها، مما يؤدي إلى خصائص فريدة. فريق بحثي في ولاية بنسلفانيا لقد وجدت طريقة جديدة للجمع بين مادتين لهما خصائص كهربائية خاصة. طريقتهم توفر الأساس للطوبولوجية أجهزة الكمبيوتر الكم والتي تكون أكثر استقرارًا من نظيراتها التقليدية.
استخدم الباحثون في هذه الدراسة تقنية الحزمة الجزيئية لتجميع عازل طوبولوجي و موصل فائق أفلام. ثم قاموا بإنشاء بنية متغايرة ثنائية الأبعاد تمثل منصة ممتازة لاستكشاف ظاهرة الموصلية الفائقة الطوبولوجية.
عادةً ما تختفي الموصلية الفائقة في الأغشية الرقيقة في الدراسات السابقة لخلط المادتين بمجرد ظهور طبقة عازلة طوبولوجية في الأعلى. تمت إضافة صفيحة عازلة طوبولوجية إلى موصل فائق ثلاثي الأبعاد من قبل الفيزيائيين، مما أدى إلى الحفاظ على خصائص كلتا المادتين. ومع ذلك، فإن تطبيقات الموصلات الفائقة الطوبولوجية، مثل الرقائق ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة داخل أجهزة الكمبيوتر الكمومية أو الهواتف الذكية، يجب أن تكون ثنائية الأبعاد.
في هذه الدراسة، قام الباحثون بتكديس فيلم عازل طوبولوجي مصنوع من سيلينيد البزموت (Bi2Se3) بسماكات مختلفة على فيلم موصل فائق مصنوع من ثنائي سيلينيد النيوبيوم أحادي الطبقة (NbSe2)، مما أدى إلى منتج نهائي ثنائي الأبعاد. ومن خلال تركيب البنى المتغايرة عند درجة حرارة منخفضة جدًا، احتفظ الفريق بالخصائص الطوبولوجية وفائقة التوصيل.
وقال هيميان يي، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة تشانغ للأبحاث في ولاية بنسلفانيا والمؤلف الأول للورقة البحثية: "في الموصلات الفائقة، تشكل الإلكترونات "أزواج كوبر" ويمكن أن تتدفق بدون مقاومة، ولكن يمكن للمجال المغناطيسي القوي أن يكسر هذه الأزواج."
"إن فيلم الموصل الفائق أحادي الطبقة الذي استخدمناه معروف بـ "الموصلية الفائقة من نوع Ising"، مما يعني أن أزواج كوبر قوية ضد المجالات المغناطيسية الموجودة في المستوى. نتوقع أن تكون مرحلة الموصلية الفائقة الطوبولوجية المتكونة في هياكلنا المتغايرة قوية بهذه الطريقة.
اكتشف الباحثون أن البنية المتغايرة تغيرت من الموصلية الفائقة من نوع Ising، حيث يكون دوران الإلكترون عموديًا على الفيلم، إلى "الموصلية الفائقة من نوع Rashba"، حيث يكون دوران الإلكترون موازيًا للفيلم، عن طريق تغيير سمك العازل الطوبولوجي بمهارة. . وقد لوحظت هذه الظاهرة أيضًا في الحسابات والمحاكاة النظرية للباحثين.
يمكن أن تكون هذه البنية المتغايرة أيضًا منصة جيدة لاستكشاف فرميونات ماجورانا. هذا الجسيم بعيد المنال من شأنه أن يجعل الكمبيوتر الكمي الطوبولوجي أكثر استقرارًا من أسلافه.
كوي زو تشانغ، أستاذ هنري دبليو كنير في بداية حياته المهنية وأستاذ مشارك في الفيزياء في ولاية بنسلفانيا، محمد, "إنها منصة ممتازة لاستكشاف الموصلات الفائقة الطوبولوجية، ونأمل أن نجد دليلاً على الموصلية الفائقة الطوبولوجية في عملنا المستمر. بمجرد أن يكون لدينا دليل قوي على الموصلية الفائقة الطوبولوجية وإظهار فيزياء ماجورانا، يمكن تكييف هذا النظام للحوسبة الكمومية وغيرها من التطبيقات.
المرجع مجلة:
- Cui-Zu Chang، التقاطع من الموصلية الفائقة من نوع Ising إلى Rashba في الهياكل المتغايرة Bi2Se3/أحادية الطبقة NbSe2 الفوقي، مواد الطبيعة (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038 / s41563-022-01386-Z
