سپر کنڈکٹرز برقی رو کو بغیر مزاحمت کے گزرنے دیتے ہیں، جب کہ ٹاپولوجیکل انسولیٹر پتلی فلمیں ہوتی ہیں جن کی موٹی صرف چند ایٹم ہوتی ہیں جو الیکٹران کی حرکت کو اپنے کناروں تک محدود کرتی ہیں، جس کے نتیجے میں منفرد خصوصیات پیدا ہوتی ہیں۔ پر ایک تحقیقی ٹیم پین اسٹیٹ نے خصوصی برقی خصوصیات کے ساتھ دو مواد کو یکجا کرنے کا ایک نیا طریقہ تلاش کیا ہے۔ ان کا طریقہ ٹاپولوجیکل کی بنیاد پیش کرتا ہے۔ کوانٹم کمپیوٹرز جو اپنے روایتی ہم منصبوں سے زیادہ مستحکم ہیں۔
اس تحقیق میں محققین نے ایک ٹوپولاجیکل انسولیٹر کی ترکیب کے لیے مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی تکنیک کا استعمال کیا اور سپرکنڈکٹر فلمیں اس کے بعد انہوں نے ایک دو جہتی ہیٹرسٹرکچر بنایا جو ٹاپولوجیکل سپر کنڈکٹیویٹی کے رجحان کو دریافت کرنے کے لیے ایک بہترین پلیٹ فارم ہے۔
دونوں مادوں کو ملانے کے لیے ابتدائی مطالعات میں پتلی فلموں میں سپر کنڈکٹیویٹی عام طور پر ختم ہو جاتی ہے جب ٹاپولوجیکل انسولیٹر پرت اوپر بن جاتی ہے۔ طبیعیات دانوں کے ذریعہ تین جہتی "بلک" سپر کنڈکٹر میں ٹاپولوجیکل انسولیٹر شیٹ شامل کی گئی تھی، جس میں دونوں مادوں کی خصوصیات کو محفوظ رکھا گیا تھا۔ تاہم، ٹاپولوجیکل سپر کنڈکٹرز کے لیے ایپلی کیشنز، جیسے کوانٹم کمپیوٹرز یا اسمارٹ فونز کے اندر کم بجلی کی کھپت والی چپس، کو دو جہتی ہونے کی ضرورت ہوگی۔
اس تحقیق میں، محققین نے بسمتھ سیلینائیڈ (Bi2Se3) سے بنی ایک ٹاپولوجیکل انسولیٹر فلم کو مختلف موٹائیوں کے ساتھ monolayer niobium diselenide (NbSe2) سے بنی ایک سپر کنڈکٹر فلم پر اسٹیک کیا، جس کے نتیجے میں دو جہتی اختتامی پروڈکٹ نکلی۔ بہت کم درجہ حرارت پر heterostructures کی ترکیب کرکے، ٹیم نے ٹاپولوجیکل اور سپر کنڈکٹنگ خصوصیات کو برقرار رکھا۔
پین اسٹیٹ کے چانگ ریسرچ گروپ میں پوسٹ ڈاکٹریٹ اسکالر اور اس مقالے کے پہلے مصنف ہیمیان یی نے کہا، "سپر کنڈکٹرز میں، الیکٹران 'کوپر جوڑے' بناتے ہیں اور صفر مزاحمت کے ساتھ بہہ سکتے ہیں، لیکن ایک مضبوط مقناطیسی میدان ان جوڑوں کو توڑ سکتا ہے۔"
"ہم نے جو monolayer سپر کنڈکٹر فلم استعمال کی ہے وہ اپنی 'Ising-type superconductivity' کے لیے جانی جاتی ہے، جس کا مطلب ہے کہ کوپر کے جوڑے جہاز کے اندر موجود مقناطیسی شعبوں کے خلاف مضبوط ہیں۔ ہم توقع کرتے ہیں کہ ہمارے ہیٹرسٹرکچرز میں تشکیل شدہ ٹاپولوجیکل سپر کنڈکٹنگ مرحلہ اس طرح مضبوط ہوگا۔
محققین نے دریافت کیا کہ heterostructure ising-type superconductivity سے بدل گیا، جہاں الیکٹران اسپن فلم کے لیے کھڑا ہوتا ہے، "Rashba-type superconductivity" میں، جہاں الیکٹران اسپن فلم کے متوازی ہوتا ہے، ٹاپولوجیکل انسولیٹر کی موٹائی کو ٹھیک طریقے سے تبدیل کرکے۔ . یہ رجحان محققین کے نظریاتی حسابات اور نقالی میں بھی دیکھا گیا ہے۔
یہ ہیٹرسٹرکچر میجرانا فرمیون کی تلاش کے لیے ایک اچھا پلیٹ فارم بھی ہو سکتا ہے۔ یہ مضحکہ خیز ذرہ نمایاں طور پر ٹاپولوجیکل کوانٹم کمپیوٹر کو اپنے پیشروؤں سے زیادہ مستحکم بنا دے گا۔
Cui-Zu Chang، Henry W. Knerr ابتدائی کیریئر کے پروفیسر اور پین اسٹیٹ میں طبیعیات کے ایسوسی ایٹ پروفیسر، نے کہا, "یہ ٹاپولوجیکل سپر کنڈکٹرز کی تلاش کے لیے ایک بہترین پلیٹ فارم ہے، اور ہمیں امید ہے کہ ہمیں اپنے جاری کام میں ٹاپولوجیکل سپر کنڈکٹیوٹی کا ثبوت ملے گا۔ ایک بار جب ہمارے پاس ٹاپولوجیکل سپر کنڈکٹیویٹی کے ٹھوس شواہد مل جائیں اور میجرانا فزکس کا مظاہرہ ہو جائے تو اس سسٹم کو کوانٹم کمپیوٹنگ اور دیگر ایپلی کیشنز کے لیے ڈھال لیا جا سکتا ہے۔
جرنل حوالہ:
- Cui-Zu Chang, Crossover Ising- سے Rashba-type superconductivity in epitaxial Bi2Se3/monolayer NbSe2 heterostructures، قدرتی مواد (2022)۔ ڈی او آئی: 10.1038 / S41563-022-01386-Z
