Los superconductores permiten que la corriente eléctrica pase sin resistencia, mientras que los aislantes topológicos son películas delgadas de solo unos pocos átomos de espesor que restringen el movimiento de los electrones hasta sus bordes, lo que da como resultado propiedades únicas. Un equipo de investigación en Penn State ha encontrado una nueva forma de combinar dos materiales con propiedades eléctricas especiales. Su método ofrece la base para la topología. computadoras cuánticas que son más estables que sus homólogos tradicionales.
Los investigadores de este estudio utilizaron una técnica de epitaxia de haz molecular para sintetizar un aislante topológico y superconductor Película (s. Luego crearon una heteroestructura bidimensional que es una plataforma excelente para explorar el fenómeno de la superconductividad topológica.
La superconductividad en películas delgadas en estudios anteriores para mezclar los dos materiales generalmente desaparece una vez que se desarrolla una capa aislante topológica en la parte superior. Los físicos agregaron una lámina aislante topológica a un superconductor tridimensional "en masa", preservando las características de ambos materiales. Sin embargo, las aplicaciones de superconductores topológicos, como chips de bajo consumo de energía dentro de computadoras cuánticas o teléfonos inteligentes, tendrían que ser bidimensionales.
En este estudio, los investigadores apilaron una película aislante topológica hecha de seleniuro de bismuto (Bi2Se3) con diferentes espesores sobre una película superconductora hecha de diseleniuro de niobio monocapa (NbSe2), lo que dio como resultado un producto final bidimensional. Al sintetizar las heteroestructuras a una temperatura muy baja, el equipo conservó las propiedades topológicas y superconductoras.
Hemian Yi, investigador postdoctoral del Grupo de Investigación Chang en Penn State y primer autor del artículo, dijo: "En los superconductores, los electrones forman 'pares de Cooper' y pueden fluir sin resistencia, pero un campo magnético fuerte puede romper esos pares".
“La película superconductora monocapa que utilizamos es conocida por su 'superconductividad de tipo Ising', lo que significa que los pares de Cooper son resistentes a los campos magnéticos en el plano. Esperamos que la fase superconductora topológica formada en nuestras heteroestructuras sea robusta de esta manera”.
Los investigadores descubrieron que la heteroestructura cambió de una superconductividad de tipo Ising, donde el espín del electrón es perpendicular a la película, a una "superconductividad de tipo Rashba", donde el espín del electrón es paralelo a la película, al cambiar sutilmente el espesor del aislante topológico. . Este fenómeno también se observa en los cálculos teóricos y las simulaciones de los investigadores.
Esta heteroestructura también podría ser una buena plataforma para explorar los fermiones de Majorana. Esta esquiva partícula haría que una computadora cuántica topológica fuera significativamente más estable que sus predecesoras.
Cui-Zu Chang, profesor de carrera temprana Henry W. Knerr y profesor asociado de Física en Penn State, dijo, “Esta es una plataforma excelente para la exploración de superconductores topológicos y tenemos la esperanza de encontrar evidencia de superconductividad topológica en nuestro trabajo continuo. Una vez que tengamos evidencia sólida de la superconductividad topológica y demostremos la física de Majorana, este sistema podría adaptarse a la computación cuántica y otras aplicaciones”.
Referencia de la revista:
- Cui-Zu Chang, Cruce de superconductividad de tipo Ising a Rashba en heteroestructuras epitaxiales Bi2Se3/monocapa NbSe2, Nature Materials (2022). DUELE: 10.1038 / s41563-022, 01386-z
