Onlangs, Prof. Jian Wang en medewerkers ontdekten door tip-geïnduceerde onconventionele supergeleiding door harde puntcontact op Weyl semi-metaal TaAs-kristallen, die topologisch niet-triviaal zou kunnen zijn. Topologische supergeleiders hebben veel aandacht getrokken vanwege hun vermogen om Majorana-nulmodi te hosten, die kunnen worden gebruikt in topologische kwantumberekening. Daarom, deze ontdekking opent niet alleen een nieuwe route bij het onderzoeken van de nieuwe supergeleidende toestanden op basis van Weyl-materialen, maar demonstreert ook een nieuwe methode om potentiële topologische supergeleiding te induceren door middel van contactmodulatie op niet-supergeleidende topologische materialen. Dit werk is gepubliceerd in Wetenschapsbulletin .

Topologische supergeleiders vertonen een supergeleidende kloof in bulktoestand, maar ondersteunen gapless Majorana-fermionen of Majorana-nulmodi in de grens. De Majorana-nulmodi gehoorzamen aan niet-abelse statistieken, en kan worden toegepast op topologische kwantumberekening en om een ​​fouttolerante kwantumcomputer te bouwen.

in 2016, Prof. Jian Wang in samenwerking met Prof. Jian Wei, Prof. Xiong-Jun Liu, Prof. X. C. Xie en Prof. Shuang Jia van de Universiteit van Peking rapporteerden onconventionele supergeleiding veroorzaakt door contact met harde punten op 3-D Dirac semi-metalen Cd ₃ Als ₂ Kristallen ( Natuurmaterialen 15, 38 (2016)). De resultaten onthullen een nieuwe manier om potentiële topologische supergeleiding te detecteren en te bestuderen door gebruik te maken van hard tip/point contact op topologische niet-triviale materialen, wat afwijkt van de gangbare benaderingsmethode voor het realiseren van topologische supergeleiding en Majorana-fermionen.

Het Weyl-fermion, een lang gezocht massaloos Dirac-fermion met duidelijke chiraliteit, is gerealiseerd als laagenergetische excitatie rond een Weyl-punt in een Weyl-halfmetaal, die Weyl-fermionkegels bezit in de bulk en niet-triviale Fermi-boogtoestanden op het oppervlak. Omdat het topologische Fermi-oppervlakken zijn, Weyl-halfmetalen zouden natuurlijke kandidaten kunnen zijn voor de realisatie van topologische supergeleiders als supergeleiding kan worden geïnduceerd. Onlangs, Prof. Jian Wang en medewerkers rapporteerden de ontdekking van PtIr-tip-geïnduceerde onconventionele supergeleiding op niet-supergeleidende Weyl semi-metaal TaAs-eenkristallen.

De puntcontactspectroscopie vertoont nul-bias geleidingspiek en dubbele geleidingspieken, evenals dubbele geleidbaarheidsdips, die de kenmerken van onconventionele supergeleiding onthullen. Verder, de controle-experimenten laten zien dat de W-tip ook supergeleiding kan induceren, maar de relatief zachte Au-tip kan geen supergeleiding op TaAs-kristallen induceren. Het betekent dat de lokale "uniaxiale" druk en het doteringseffect rond het puntcontactgebied belangrijk zijn voor het verschijnen van supergeleiding. Theoretisch onderzoek suggereert verder dat de geïnduceerde supergeleiding op TaAs een niet-triviale topologie kan hebben. Dus, dit werk demonstreert een effectieve methode om topologische supergeleiding te detecteren en te bestuderen door gebruik te maken van hard tippuntcontact op niet-supergeleidende topologische Weyl-halfmetalen.

De onderzoekers bestudeerden ook eerder Au ₂ Pb-supergeleiders door harde puntcontactmetingen. Wanneer de "zachte" Au-tip wordt gebruikt, de supergeleidende overgangstemperatuur die wordt verkregen door puntcontactspectroscopie is hetzelfde als het resultaat dat wordt verkregen door standaardmeting met vier elektroden. Echter, wanneer "harde" W-tip wordt gebruikt, de door puntcontactspectroscopie verkregen supergeleidende overgangstemperatuur wordt aanzienlijk verbeterd. Deze resultaten tonen verder aan dat de puntcontact-meettechniek betrouwbaar is om supergeleiding te induceren en te detecteren en een universele methode zou kunnen worden om nieuwe supergeleiding te realiseren op topologische niet-triviale materialen.

Puntcontactmeting werd eerder in enkele gevallen overwogen om supergeleidende materialen te bestuderen. Het huidige werk rapporteert de ontwikkelde techniek om supergeleiding te induceren op niet-supergeleidende topologische materialen door gebruik te maken van niet-supergeleidende tip (hard punt contact), verschillend van eerdere puntcontactexperimenten, waarbij de monsters zelf supergeleiders zijn. Daarom, de huidige ontdekking kan meer onderzoeken motiveren om de topologische supergeleiding die wordt veroorzaakt door een harde punt op topologische materialen volledig te onthullen.