Ülijuhid võimaldavad elektrivoolul läbida takistuseta, samas kui topoloogilised isolaatorid on õhukesed, vaid mõne aatomi paksused kiled, mis piiravad elektronide liikumist nende servadeni, mille tulemuseks on ainulaadsed omadused. Uurimisrühm aadressil Penn State on leidnud uue viisi kahe eriliste elektriliste omadustega materjali kombineerimiseks. Nende meetod pakub topoloogilise aluse kvantarvutid mis on stabiilsemad kui nende traditsioonilised kolleegid.
Selle uuringu teadlased kasutasid topoloogilise isolaatori sünteesimiseks molekulaarkiire epitaksia tehnikat. ülijuht filmid. Seejärel lõid nad kahemõõtmelise heterostruktuuri, mis on suurepärane platvorm topoloogilise ülijuhtivuse nähtuse uurimiseks.
Varasemates uuringutes kahe materjali segamiseks tehtud õhukeste kilede ülijuhtivus kaob tavaliselt siis, kui peal on tekkinud topoloogiline isolaatorikiht. Füüsikud lisasid kolmemõõtmelisele "hulgi"ülijuhile topoloogilise isolaatorilehe, säilitades mõlema materjali omadused. Topoloogiliste ülijuhtide rakendused, näiteks kvantarvutites või nutitelefonides väikese energiatarbimisega kiibid, peaksid aga olema kahemõõtmelised.
Selles uuringus virnastasid teadlased erineva paksusega vismutseleniidist (Bi2Se3) valmistatud topoloogilise isolaatorkile ühekihilisest nioobiumdiseleniidist (NbSe2) valmistatud ülijuhtkilele, mille tulemuseks oli kahemõõtmeline lõpptoode. Sünteesides heterostruktuure väga madalamal temperatuuril, säilitas meeskond topoloogilised ja ülijuhtivad omadused.
Hemian Yi, Penn State'i Changi uurimisrühma järeldoktor ja artikli esimene autor, ütles: "Ülijuhtides moodustavad elektronid Cooperi paare ja võivad voolata nulltakistusega, kuid tugev magnetväli võib need paarid purustada."
"Meie kasutatud ühekihiline ülijuhtkile on tuntud oma "Ising-tüüpi ülijuhtivuse" poolest, mis tähendab, et Cooperi paarid on tasapinnaliste magnetväljade suhtes vastupidavad. Eeldame, et meie heterostruktuurides moodustunud topoloogiline ülijuhtiv faas on sel viisil tugev.
Uurijad avastasid, et heterostruktuur muutus Ising-tüüpi ülijuhtivusest, kus elektronide spin on filmiga risti, "Rashba-tüüpi ülijuhtivuseks", kus elektronide spin on kilega paralleelne, muutes delikaatselt topoloogilise isolaatori paksust. . Seda nähtust täheldatakse ka teadlaste teoreetilistes arvutustes ja simulatsioonides.
See heterostruktuur võib olla ka hea platvorm Majorana fermionide uurimiseks. See tabamatu osake muudaks topoloogilise kvantarvuti oluliselt stabiilsemaks kui tema eelkäijad.
Cui-Zu Chang, Henry W. Knerr, Penn State'i varajane karjääriprofessor ja füüsikadotsent, ütles, "See on suurepärane platvorm topoloogiliste ülijuhtide uurimiseks ja me loodame, et leiame oma jätkuva töö käigus tõendeid topoloogilise ülijuhtivuse kohta. Kui meil on kindlad tõendid topoloogilise ülijuhtivuse kohta ja Majorana füüsika demonstreerimine, saab seda süsteemi kohandada kvantarvutuseks ja muudeks rakendusteks.
Ajakirja viide:
- Cui-Zu Chang, ristumine Ising- ja Rashba-tüüpi ülijuhtivusest epitaksiaalsetes Bi2Se3 / ühekihilistes NbSe2 heterostruktuurides, Nature Materials (2022). DOI: 10.1038 / s41563-022-01386-z
