सुपरकंडक्टर्स विद्युत धारा को बिना किसी प्रतिरोध के गुजरने की अनुमति देते हैं, जबकि टोपोलॉजिकल इंसुलेटर केवल कुछ परमाणुओं की मोटाई वाली पतली फिल्में होती हैं जो इलेक्ट्रॉनों की गति को उनके किनारों तक सीमित कर देती हैं, जिसके परिणामस्वरूप अद्वितीय गुण होते हैं। पर एक शोध दल Penn राज्य विशेष विद्युत गुणों वाली दो सामग्रियों को संयोजित करने का एक नया तरीका खोजा गया है। उनकी पद्धति टोपोलॉजिकल के लिए आधार प्रदान करती है क्वांटम कंप्यूटर जो अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में अधिक स्थिर हैं।
इस अध्ययन में शोधकर्ताओं ने एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर को संश्लेषित करने के लिए आणविक बीम एपिटैक्सी तकनीक का उपयोग किया अतिचालक फिल्में. फिर उन्होंने एक द्वि-आयामी हेटरोस्ट्रक्चर बनाया जो टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिविटी की घटना का पता लगाने के लिए एक उत्कृष्ट मंच है।
पहले के अध्ययनों में दो सामग्रियों को मिलाने के लिए पतली फिल्मों में सुपरकंडक्टिविटी आमतौर पर शीर्ष पर एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर परत विकसित होने के बाद गायब हो जाती है। भौतिकविदों द्वारा त्रि-आयामी "बल्क" सुपरकंडक्टर में एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर शीट जोड़ी गई, जिससे दोनों सामग्रियों की विशेषताओं को संरक्षित किया गया। हालाँकि, क्वांटम कंप्यूटर या स्मार्टफोन के अंदर कम बिजली की खपत वाले चिप्स जैसे टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टर्स के लिए अनुप्रयोगों को दो-आयामी होने की आवश्यकता होगी।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने अलग-अलग मोटाई के बिस्मथ सेलेनाइड (Bi2Se3) से बनी एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर फिल्म को मोनोलेयर नाइओबियम डिसेलेनाइड (NbSe2) से बनी एक सुपरकंडक्टर फिल्म पर रखा, जिसके परिणामस्वरूप एक दो-आयामी अंत-उत्पाद प्राप्त हुआ। बहुत कम तापमान पर हेटरोस्ट्रक्चर को संश्लेषित करके, टीम ने टोपोलॉजिकल और सुपरकंडक्टिंग गुणों को बरकरार रखा।
पेन स्टेट में चांग रिसर्च ग्रुप में पोस्टडॉक्टरल विद्वान और पेपर के पहले लेखक हेमियन यी ने कहा, "सुपरकंडक्टर्स में, इलेक्ट्रॉन 'कूपर जोड़े' बनाते हैं और शून्य प्रतिरोध के साथ प्रवाहित हो सकते हैं, लेकिन एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उन जोड़ों को तोड़ सकता है।"
“हमारे द्वारा उपयोग की जाने वाली मोनोलेयर सुपरकंडक्टर फिल्म अपनी 'आइसिंग-प्रकार की सुपरकंडक्टिविटी' के लिए जानी जाती है, जिसका अर्थ है कि कूपर जोड़े इन-प्लेन चुंबकीय क्षेत्रों के खिलाफ मजबूत हैं। हम उम्मीद करते हैं कि हमारे हेटरोस्ट्रक्चर में गठित टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिंग चरण इस तरह से मजबूत होगा।
शोधकर्ताओं ने पाया कि टॉपोलॉजिकल इंसुलेटर की मोटाई को सूक्ष्मता से बदलकर, हेटरोस्ट्रक्चर आइसिंग-प्रकार की सुपरकंडक्टिविटी से बदल गया है, जहां इलेक्ट्रॉन स्पिन फिल्म के लंबवत है, "रशबा-प्रकार सुपरकंडक्टिविटी" में, जहां इलेक्ट्रॉन स्पिन फिल्म के समानांतर है। . यह घटना शोधकर्ताओं की सैद्धांतिक गणनाओं और सिमुलेशन में भी देखी गई है।
यह हेटरोस्ट्रक्चर मेजराना फर्मियन की खोज के लिए एक अच्छा मंच भी हो सकता है। यह मायावी कण एक टोपोलॉजिकल क्वांटम कंप्यूटर को उसके पूर्ववर्तियों की तुलना में अधिक स्थिर बना देगा।
कुई-ज़ू चांग, हेनरी डब्ल्यू. केनर प्रारंभिक कैरियर प्रोफेसर और पेन स्टेट में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर, कहा, “यह टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टर्स की खोज के लिए एक उत्कृष्ट मंच है, और हमें उम्मीद है कि हम अपने निरंतर काम में टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिविटी के सबूत पाएंगे। एक बार जब हमारे पास टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिविटी के ठोस सबूत हों और मेजराना भौतिकी प्रदर्शित हो, तो इस प्रणाली को क्वांटम कंप्यूटिंग और अन्य अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
जर्नल संदर्भ:
- कुई-ज़ू चांग, एपिटैक्सियल Bi2Se3/मोनोलेयर NbSe2 हेटरोस्ट्रक्चर में आइसिंग- से रशबा-प्रकार की सुपरकंडक्टिविटी तक क्रॉसओवर, प्रकृति सामग्री (2022)। DOI: 10.1038 / s41563-022-01386-z
