Süper iletkenler elektrik akımının dirençsiz geçmesine izin verirken, topolojik yalıtkanlar yalnızca birkaç atom kalınlığındaki ince filmlerden oluşur ve elektronların kenarlarına doğru hareketini kısıtlayarak benzersiz özellikler sağlar. Bir araştırma ekibi Penn State özel elektriksel özelliklere sahip iki malzemeyi birleştirmenin yeni bir yolunu buldu. Yöntemleri topolojik hesaplamaların temelini sunuyor kuantum bilgisayarlar geleneksel muadillerine göre daha istikrarlıdır.
Bu çalışmadaki araştırmacılar, topolojik bir yalıtkanı sentezlemek için moleküler ışın epitaksi tekniğini kullandılar ve süper iletken filmler. Daha sonra topolojik süperiletkenlik olgusunu keşfetmek için mükemmel bir platform olan iki boyutlu bir heteroyapı oluşturdular.
İki malzemeyi karıştırmak için yapılan daha önceki çalışmalarda ince filmlerdeki süperiletkenlik, üstte bir topolojik yalıtkan katman geliştirildiğinde genellikle ortadan kayboluyor. Fizikçiler tarafından üç boyutlu bir "yığın" süper iletkene, her iki malzemenin de özellikleri korunarak bir topolojik yalıtkan levha eklendi. Bununla birlikte, kuantum bilgisayarlar veya akıllı telefonlar içindeki düşük güç tüketimine sahip çipler gibi topolojik süper iletkenlere yönelik uygulamaların iki boyutlu olması gerekecektir.
Bu çalışmada araştırmacılar, bizmut selenitten (Bi2Se3) farklı kalınlıklarda yapılmış bir topolojik yalıtkan filmi, tek katmanlı niyobyum diselenidden (NbSe2) yapılmış bir süper iletken film üzerine istifleyerek iki boyutlu bir son ürün elde etti. Ekip, heteroyapıları çok daha düşük bir sıcaklıkta sentezleyerek topolojik ve süper iletken özellikleri korudu.
Penn State'deki Chang Araştırma Grubu'nda doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı olan Hemian Yi şunları söyledi: "Süper iletkenlerde elektronlar 'Cooper çiftleri' oluşturur ve sıfır dirençle akabilir, ancak güçlü bir manyetik alan bu çiftleri kırabilir."
"Kullandığımız tek katmanlı süper iletken film 'Ising tipi süper iletkenliği' ile biliniyor, bu da Cooper çiftlerinin düzlem içi manyetik alanlara karşı dayanıklı olduğu anlamına geliyor. Heteroyapılarımızda oluşan topolojik süper iletken fazın bu şekilde sağlam olmasını bekliyoruz."
Araştırmacılar, topolojik yalıtkanın kalınlığını ince bir şekilde değiştirerek heteroyapının, elektron spininin filme dik olduğu Ising tipi süperiletkenlikten, elektron spininin filme paralel olduğu "Rashba tipi süperiletkenliğe" dönüştüğünü keşfettiler. . Bu olgu araştırmacıların teorik hesaplamalarında ve simülasyonlarında da gözlemlenmektedir.
Bu heteroyapı aynı zamanda Majorana fermiyonlarını keşfetmek için de iyi bir platform olabilir. Bu bulunması zor parçacık, topolojik bir kuantum bilgisayarını öncekilerden önemli ölçüde daha kararlı hale getirecektir.
Cui-Zu Chang, Henry W. Knerr Erken Kariyer Profesörü ve Penn State'de Fizik Doçenti, şuraya, "Bu, topolojik süperiletkenlerin araştırılması için mükemmel bir platform ve devam eden çalışmalarımızda topolojik süperiletkenliğin kanıtlarını bulacağımızı umuyoruz. Topolojik süperiletkenliğe dair sağlam kanıtlar elde ettiğimizde ve Majorana fiziğini gösterdiğimizde, bu sistem kuantum hesaplama ve diğer uygulamalara uyarlanabilir."
Dergi Referans:
- Cui-Zu Chang, Epitaksiyel Bi2Se3/tek katmanlı NbSe2 heteroyapılarında Ising'den Rashba tipi süperiletkenliğe geçiş, Doğa Malzemeleri (2022). DOI: 10.1038 / s41563-022-01386-z
