超导体允许电流无阻力地通过，而拓扑绝缘体是只有几个原子厚的薄膜，限制电子向其边缘的运动，从而产生独特的特性。一个研究团队位于 宾夕法尼亚州立大学 找到了一种将两种具有特殊电性能的材料结合起来的新方法。他们的方法为拓扑学提供了基础 量子计算机 比传统的同类产品更稳定。
这项研究的研究人员利用分子束外延技术合成了拓扑绝缘体并 超导体 电影。然后，他们创建了一个二维异质结构，这是探索拓扑超导现象的绝佳平台。
在早期研究中混合两种材料的薄膜中的超导性通常会在顶部形成拓扑绝缘体层后消失。物理学家将拓扑绝缘体片添加到三维“体”超导体中，保留了两种材料的特性。然而，拓扑超导体的应用，例如量子计算机或智能手机中的低功耗芯片，需要是二维的。
在这项研究中，研究人员将不同厚度的硒化铋（Bi2Se3）制成的拓扑绝缘体薄膜堆叠在单层二硒化铌（NbSe2）制成的超导薄膜上，从而产生了二维最终产品。通过在非常低的温度下合成异质结构，该团队保留了拓扑和超导特性。
宾夕法尼亚州立大学 Chang 研究小组的博士后学者、该论文的第一作者 Hemian Yi 表示： “在超导体中，电子形成‘库珀对’并且可以零电阻流动，但强磁场可以破坏这些对。”
“我们使用的单层超导薄膜以其‘伊辛型超导性’而闻名，这意味着库珀对对面内磁场具有鲁棒性。我们期望异质结构中形成的拓扑超导相能够以这种方式保持稳健。”
研究人员发现，通过巧妙地改变拓扑绝缘体的厚度，异质结构从电子自旋垂直于薄膜的伊辛型超导转变为电子自旋平行于薄膜的“拉什巴型超导” 。研究人员的理论计算和模拟中也观察到了这种现象。
这种异质结构也可能成为探索马约拉纳费米子的良好平台。这种难以捉摸的粒子将使拓扑量子计算机比其前身更加稳定。
Cui-Zu Chang，宾夕法尼亚州立大学 Henry W. Knerr 早期职业教授兼物理学副教授， 说过, “这是探索拓扑超导体的绝佳平台，我们希望在我们的持续工作中找到拓扑超导的证据。一旦我们掌握了拓扑超导性的确凿证据并证明了马约拉纳物理学，该系统就可以适用于量子计算和其他应用。”
杂志参考：
- Cui-Zu Chang，外延 Bi2Se3/单层 NbSe2 异质结构中伊辛型超导到 Rashba 型超导的交叉， 自然材料 （2022）。 DOI： 10.1038 / s41563-022-01386-Z
