超伝導体は電流が抵抗なく流れることを可能にしますが、トポロジカル絶縁体は数原子の厚さしかない薄膜であり、電子の移動をエッジに制限することで、独自の特性をもたらします。 の研究チーム ペンシルベニア州立大学 特殊な電気特性を持つ XNUMX つの材料を組み合わせる新しい方法を発見しました。 彼らの方法はトポロジカルの基礎を提供します 量子コンピュータ これは、従来の対応物よりも安定しています。
この研究の研究者は、分子線エピタキシー技術を使用してトポロジカル絶縁体を合成し、 超伝導体 映画。 次に、トポロジカル超伝導現象を探求するための優れたプラットフォームとなる XNUMX 次元ヘテロ構造を作成しました。
XNUMX つの材料を混合するための以前の研究における薄膜の超伝導性は、トポロジカル絶縁体層が上部に形成されると通常は消失します。 トポロジカル絶縁体シートは、物理学者によって XNUMX 次元の「バルク」超伝導体に追加され、両方の材料の特性が維持されました。 ただし、量子コンピューターやスマートフォン内の低消費電力チップなど、トポロジカル超伝導体のアプリケーションは XNUMX 次元である必要があります。
この研究では、研究者はセレン化ビスマス (Bi2Se3) からなるトポロジカル絶縁膜を、単層二セレン化ニオブ (NbSe2) からなる超伝導体膜上に異なる厚さで積層し、XNUMX 次元の最終生成物を得ました。 非常に低い温度でヘテロ構造を合成することにより、チームはトポロジカル特性と超伝導特性を保持しました。
ペンシルベニア州立大学のチャン研究グループのポスドク研究員であり、論文の筆頭著者である Hemian Yi 氏は、次のように述べています。 「超伝導体では、電子は「クーパー対」を形成し、抵抗ゼロで流れることができますが、強い磁場がこれらの対を壊す可能性があります。」
「私たちが使用した単層超伝導体膜は、その「イジング型超伝導」で知られています。これは、クーパー対が面内磁場に対して堅牢であることを意味します。 私たちのヘテロ構造で形成されたトポロジカル超伝導相は、このように堅牢であると期待しています。」
研究者らは、トポロジカル絶縁体の厚さを微妙に変えることによって、ヘテロ構造が、電子スピンが膜に対して垂直であるイジング型超伝導から、電子スピンが膜に対して平行である「ラシュバ型超伝導」に変化することを発見した。 . この現象は、研究者の理論計算やシミュレーションでも観察されています。
このヘテロ構造は、マヨラナ フェルミオンを探索するための優れたプラットフォームにもなる可能性があります。 このとらえどころのない粒子は、トポロジカル量子コンピューターを以前のコンピューターよりも大幅に安定させるでしょう。
Cui-Zu Chang、Henry W. Knerr 初期キャリア教授、ペンシルベニア州立大学物理学准教授、 と, 「これはトポロジカル超伝導体の探査のための優れたプラットフォームであり、今後の研究でトポロジカル超伝導性の証拠が見つかることを期待しています。 トポロジカル超伝導の確固たる証拠が得られ、マヨラナ物理学が実証されれば、このシステムを量子コンピューティングやその他のアプリケーションに適応させることができます。」
ジャーナルリファレンス：
- Cui-Zu Chang、エピタキシャル Bi2Se3/単層 NbSe2 ヘテロ構造におけるイジング型超伝導からラシュバ型超伝導へのクロスオーバー、 ネイチャーマテリアルズ （2022）。 DOI： 10.1038 / s41563-022-01386-z
