Исследователи из Института исследований твердого тела и материалов им. Лейбница при IFW Дрездене, Германия, нашли доказательство поверхностной сверхпроводимости в классе топологических материалов, известных как полуметаллы Вейля. Интересно, что сверхпроводимость, обусловленная электронами, удерживаемыми в так называемых дугах Ферми, немного различается на верхней и нижней поверхностях исследуемого образца. Это явление можно использовать для создания состояний Майораны — давно разыскиваемых квазичастиц, которые могли бы создавать чрезвычайно стабильные и отказоустойчивые квантовые биты для квантовых компьютеров следующего поколения. Тем временем другая группа из Пенсильванского государственного университета в США изготовила киральный топологический сверхпроводник, объединив два магнитных материала. Состояния Майораны также можно найти в этом новом материале.
Топологические изоляторы изолируют в объеме, но очень хорошо проводят электричество по краям благодаря особым, топологически защищенным электронным состояниям. Эти топологические состояния защищены от флуктуаций окружающей среды и электроны в них не рассеиваются обратно. Поскольку обратное рассеяние является основным процессом рассеяния в электронике, это означает, что в будущем эти материалы могут быть использованы для создания высокоэнергетических электронных устройств.
Полуметаллы Вейля — это недавно открытый класс топологического материала, в котором электронные возбуждения ведут себя как безмассовые фермионы Вейля — впервые предсказанные в 1929 году физиком-теоретиком Германом Вейлем как решение уравнения Дирака. Эти фермионы ведут себя совершенно иначе, чем электроны в обычных металлах или полупроводниках, поскольку они проявляют киральный магнитный эффект. Это происходит, когда металл Вейля помещается в магнитное поле, которое генерирует ток положительных и отрицательных частиц Вейля, которые движутся параллельно и антипараллельно полю.
Фермионы, которые можно описать теорией Вейля, могут появляться как квазичастицы в твердых телах, имеющих линейные электронные энергетические зоны, пересекающиеся в так называемых (вейлевских) «узлах», существование которых в объемной зонной структуре неизбежно сопровождается образованием «фермионовских зон». «дуги» на зонной структуре поверхности, которые в основном соединяют пары «проекций» узлов Вейля противоположной киральности. Каждая дуга образует половину петли на верхней поверхности образца, завершаемую дугой на нижней поверхности.
Электроны, удерживаемые дугами Ферми
В исследовании IFW Dresden, подробно описанном в природа, группа исследователей под руководством Сергей Борисенко исследовали полуметалл Вейля платина-висмут (PtBi2). Этот материал имеет некоторое количество электронов, удерживаемых дугами Ферми на его поверхности. Важно отметить, что дуги на верхней и нижней поверхностях этого материала являются сверхпроводящими, а это означает, что электроны там объединяются в пары и движутся без сопротивления. По словам исследователей, это первый случай, когда сверхпроводимость наблюдалась в дугах Ферми, при этом основная масса оставалась металлической, а эффект возможен благодаря тому, что дуги лежат близко к поверхности Ферми (границе между занятыми и незанятыми электронами). уровни) себя.
Команда получила свой результат, используя метод, называемый фотоэмиссионной спектроскопией с угловым разрешением (ARPES). «Это сложный эксперимент, в котором источник лазерного света излучает фотоны очень низкой энергии при очень низких температурах и под необычно высокими углами излучения», — объясняет Борисенко. Этот свет обладает достаточной энергией, чтобы выбить электроны из образца, и детектор измеряет как энергию, так и угол, под которым электроны выходят из материала. На основе этой информации можно восстановить электронную структуру внутри кристалла.
«Мы изучали PtBi2 раньше с синхротронным излучением, и, честно говоря, мы не ожидали ничего необычного», — говорит Борисенко. «Однако внезапно мы столкнулись с очень резкой, яркой и сильно локализованной особенностью с точки зрения конечной энергии импульса – как оказалось, с самым узким пиком за всю историю фотоэмиссии из твердых тел».
В своих измерениях исследователи также наблюдали открытие сверхпроводящей энергетической щели внутри дуг Ферми. Поскольку только на этих дугах наблюдались признаки зазора, это означает, что сверхпроводимость полностью ограничивается верхней и нижней поверхностями образца, образуя своего рода сэндвич сверхпроводник-металл-сверхпроводник (как уже упоминалось, основная часть образца металлическая). Эта структура представляет собой внутренний «переход SNS-Джозефсона», объясняет Борисенко.
Настраиваемый переход Джозефсона
И это еще не все: ведь верхняя и нижняя поверхности PtBi2 имеют различные дуги Ферми, две поверхности становятся сверхпроводящими при разных температурах перехода, а это означает, что материал представляет собой перестраиваемый джозефсоновский переход. Такие структуры представляют большие перспективы для таких приложений, как чувствительные магнитометры и сверхпроводящие кубиты.
Теоретически, PtBi2 также может быть использован для создания квазичастиц, называемых Нулевые моды Майораны, по предсказаниям, возникнет из-за топологической сверхпроводимости. Если они будут продемонстрированы в эксперименте, их можно будет использовать как чрезвычайно стабильные и отказоустойчивые кубиты для квантовых компьютеров следующего поколения, говорит Борисенко. «Действительно, сейчас мы исследуем возможность анизотропии сверхпроводящей щели в чистом PtBi.2 и пытаюсь обнаружить подобные объекты в модифицированных монокристаллах материала, чтобы найти способы реализации в нем топологической сверхпроводимости», — рассказывает он. Мир физики.
Однако нулевые моды Майораны обнаружить непросто, но в PtBi2 они могут появиться, когда в дугах Ферми откроются сверхпроводящие щели. Однако для подтверждения этого потребуется гораздо более детальный анализ электронной структуры материала, говорит Борисенко.
Сочетание двух магнитных материалов
В отдельном исследовании исследователи из Университета штата Пенсильвания объединили ферромагнитный топологический изолятор и антиферромагнитный халькогенид железа (FeTe). Они наблюдали устойчивую киральную сверхпроводимость на границе между двумя материалами – нечто неожиданное, поскольку сверхпроводимость и ферромагнетизм обычно конкурируют друг с другом, объясняет член исследовательской группы. Чао-Син Лю.
«На самом деле это довольно интересно, потому что у нас есть два магнитных материала, которые не являются сверхпроводящими, но мы соединили их вместе, и граница между этими двумя соединениями создает очень надежную сверхпроводимость», — говорит член команды. Цуй-Зу Чанг. «Халькогенид железа является антиферромагнитным, и мы ожидаем, что его антиферромагнитные свойства ослабляются вокруг границы раздела, что приводит к возникновению сверхпроводимости, но нам нужно больше экспериментов и теоретических работ, чтобы проверить, правда ли это, и прояснить механизм сверхпроводимости».
Петли Вейля соединяются
Опять же, система, подробно описанная в Наука, может стать многообещающей платформой для изучения физики Майораны, говорит он.
Борисенко говорит, что данные исследователей из штата Пенсильвания «очень интересны» и, как и в работе его группы, Лю, Чанг и коллеги, похоже, нашли доказательства необычной сверхпроводимости, хотя и на границе другого типа. «В нашей работе поверхность является границей между объемом и вакуумом, а не между двумя материалами», — говорит он.
Исследователи из штата Пенсильвания также стремятся доказать топологическую сверхпроводимость, но они добавили необходимые ингредиенты – нарушение симметрии и топологию – более искусственным способом, объединив соответствующие материалы для формирования гетероструктуры, объясняет он. «В нашем случае, благодаря уникальной природе полуметаллов Weyl, эти ингредиенты естественным образом присутствуют в одном материале».
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/surface-superconductivity-appears-in-topological-materials/
- :имеет
- :является
- :нет
- $UP
- 70
- a
- в сопровождении
- через
- на самом деле
- добавленный
- После
- цель
- Все
- причислены
- an
- Анализ
- и
- угол
- Другой
- предвидеть
- все
- появиться
- появляется
- Приложения
- Arc
- МЫ
- около
- искусственный
- AS
- At
- ГРУППА
- в основном
- BE
- , так как:
- становиться
- было
- до
- не являетесь
- между
- биты
- изоферменты печени
- Дно
- граница
- Разрыв
- Яркие
- Приведение
- но
- by
- под названием
- пришел
- CAN
- случаев
- Чанг
- класс
- Закрыть
- коллеги
- комбинируя
- как
- выходит
- конкурировать
- Заполненная
- сложный
- компьютеры
- Проводить
- подтвердить
- Свяжитесь
- может
- Создайте
- переход
- в решающей степени
- Crystal
- Текущий
- В настоящее время
- данным
- обеспечивает
- убивают
- описано
- подробный
- обнаруживать
- Устройства
- различный
- по-разному
- обнаружить
- открытый
- отчетливый
- do
- два
- каждый
- легко
- эффект
- электричество
- Электронный
- Electronics
- электронов
- излучение
- конец
- энергичный
- энергетика
- достаточно
- полностью
- Окружающая среда
- НИКОГДА
- , поскольку большинство сенаторов
- существование
- Выход
- ожидать
- эксперимент
- Эксперименты
- Объясняет
- Исследование
- чрезвычайно
- факт
- Особенность
- поле
- Найдите
- Во-первых,
- Впервые
- колебания
- Что касается
- форма
- образование
- формы
- найденный
- от
- будущее
- разрыв
- пробелы
- генерирует
- поколение
- Germany
- Дайте
- группы
- Группы
- Половина
- Есть
- he
- High
- очень
- его
- история
- честный
- Однако
- HTTP
- HTTPS
- if
- in
- неизбежно
- информация
- Институт
- интересный
- Интерфейс
- внутренний
- расследование
- вопрос
- IT
- ЕГО
- саму трезвость
- JPG
- удар
- известный
- лазер
- привело
- уровни
- ложь
- легкий
- такое как
- линейный
- LINK
- Низкий
- Магнитное поле
- Главная
- сделать
- материала
- материалы
- макс-ширина
- смысл
- означает
- Между тем
- размеры
- меры
- механизм
- член
- упомянутый
- металл
- Драгоценные металлы
- может быть
- Режимы
- модифицировало
- Импульс
- БОЛЕЕ
- двигаться
- много
- природа
- необходимо
- Необходимость
- необходимый
- отрицательный
- Новые
- следующий
- следующее поколение
- узлы
- нормально
- объекты
- полученный
- of
- on
- только
- открытый
- открытие
- противоположность
- or
- обычный
- Другое
- наши
- внешний
- пара
- пар
- Параллельные
- Вершина горы
- явление
- фотон
- физик
- Физика
- Мир физики
- Платформа
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- положительный
- возможность
- возможное
- предсказанный
- представить
- процесс
- производит
- обещание
- многообещающий
- доказательство
- собственность
- защищенный
- Доказывать
- чистый
- положил
- Квантовый
- квантовые компьютеры
- кубиты
- вполне
- скорее
- понимая,
- недавно
- соответствующие
- осталось
- представление
- представляет
- исследованиям
- исследователи
- Сопротивление
- результат
- Рост
- надежный
- s
- образец
- сообщили
- говорит
- Полупроводниковые приборы
- чувствительный
- отдельный
- острый
- показывать
- показал
- Признаки
- аналогичный
- с
- одинарной
- немного отличается
- твердый
- Решение
- некоторые
- удалось
- Источник
- особый
- Спектроскопия
- стабильный
- сложены
- Область
- Области
- Структура
- структур
- учился
- Кабинет
- такие
- сверхпроводящий
- Сверхпроводимость
- Поверхность
- система
- команда
- техника
- говорит
- terms
- чем
- Спасибо
- который
- Ассоциация
- Будущее
- их
- Их
- теоретический
- теория
- Там.
- Эти
- они
- этой
- миниатюрами
- время
- в
- вместе
- топ
- переход
- правда
- пытается
- Оказалось
- два
- напишите
- Неожиданный
- созданного
- Университет
- us
- используемый
- через
- вакуум
- проверить
- очень
- с помощью
- Путь..
- способы
- we
- ЧТО Ж
- когда
- который
- будете
- в
- без
- Работа
- Мир
- зефирнет
- нуль