science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hogere-orde topologische supergeleiding in monolaag op ijzer gebaseerde supergeleider

MZM's zijn te vinden op drie verschillende locaties:(b) de hoek tussen twee loodrechte randen; (c) de CPDW langs de 1D-rand; (d) de tri-junctie in de 2D-bulk. De grijze cirkels in (b), (c) en (d) vertegenwoordigen de MZM's, en het magnetische veld bevindt zich in het vlak. (e) De kristalstructuur voor de Fe(Te, Se) monolaag. Krediet:Science China Press

In de deeltjesfysica, een Majorana-fermion is ladingsneutraal en zijn antideeltje is gewoon zichzelf. In de fysica van de gecondenseerde materie, een Majorana-nulmodus (MZM) is een quasi-deeltjesexcitatie die verschijnt in de oppervlakken of randen van topologische supergeleiders. In tegenstelling tot de gewone deeltjes of quasi-deeltjes die boson- of fermionstatistieken gehoorzamen, MZM gehoorzaamt niet-abelse statistieken, een belangrijke eigenschap die van MZM de bouwsteen maakt voor het realiseren van topologische kwantumberekening.

Momenteel, grote experimentele inspanningen waren gericht op heterostructuren gemaakt van supergeleiders en spin-baan gekoppelde systemen (zoals halfgeleidende nanodraden en topologische isolatoren), waar bewijs van MZM's is gevonden. Ondubbelzinnige detectie en manipulatie van MZM's in deze heterostructuren, echter, sterk afhankelijk van het supergeleidende nabijheidseffect, die lijdt onder de complexiteit van de interface. Verder, de lage bedrijfstemperatuur van conventionele supergeleidende materialen bemoeilijkt verdere manipulatie van MZM's.

Op ijzer gebaseerde supergeleiders werden in 2008 ontdekt door de Japanse wetenschapper Hideo Hosono, wat neerkomt op de tweede klasse van hoge T C materialen. In het afgelopen decennium, intensieve studies hebben zich gericht op hun onconventionele supergeleiding en sterke correlatie-effect. Onlangs, de ontdekking van topologische oppervlaktetoestanden op het oppervlak van op ijzer gebaseerde supergeleider Fe(Te, Se) maakt het een uniek systeem dat zowel hoge T . integreert C supergeleiding en topologie. Daarom, het biedt een opwindende mogelijkheid om MZM te realiseren bij een vergelijkbaar hoge kritische temperatuur T C . Bovendien, de monolaag Fe(Te, Se) heeft een maximale T C van 40 K en goede houdbaarheid met een groot in-plane bovenste kritische veld.

In een studie gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , een onderzoeksteam onder leiding van Chaoxing Liu, een universitair hoofddocent van de Pennsylvania State University probeerde MZM's te realiseren in monolaag Fe(Te, Se) door een magnetisch veld in het vlak en elektrische poorten toe te passen.

De onderzoekers ontdekten dat het toepassen van een magnetisch veld in het vlak monolaag Fe(Te, Se) in de topologische supergeleidende fase van hogere orde, waarin de MZM's op de hoeken kunnen verschijnen. Verder, via elektrische poorten, MZM kan ook voorkomen aan de domeinwand van chemische potentialen aan één rand en een bepaald type tri-junctie in de tweedimensionale bulk. Volgens hun schatting het vereiste magnetische veld ligt ruim onder het bovenste kritische magnetische veld in het vlak van monolaag Fe(Te, Se) supergeleider. In aanvulling, het roteren van het magnetische veld kan een efficiënte benadering bieden om de vlechtbewerking voor de hoek-MZM's uit te voeren. Daarom, hun studie toont aan dat monolaag Fe(Te, Se) is een veelbelovend Majorana-platform met schaalbaarheid en elektrische afstembaarheid en binnen het bereik van hedendaagse experimentele mogelijkheden.