Als het gaat om geheel nieuw, sneller, krachtigere computers, Majorana-fermionen kunnen het antwoord zijn. Deze hypothetische deeltjes kunnen het beter doen dan conventionele kwantumbits (qubits) van licht of materie. Waarom? Vanwege de spookachtige manier waarop Majorana-fermionen op afstand met elkaar omgaan. Wanneer twee fermiën op elkaar inwerken, ze verdrijven meestal energie, terwijl twee Majorana's verstrengeld zijn en de kwantumtoestand behouden. Maar waar vind je deze unieke deeltjes? Wetenschappers hebben een unieke toestand waargenomen op het oppervlak van een supergeleidend materiaal gemaakt van gelijke delen bismut en palladium. Hoewel het niet de lang gezochte hypothetische Majorana-fermionen herbergde, het stimuleert verder zoeken naar materialen die dat wel doen, een potentiële weg vrijmaken voor nieuwe computerarchitecturen.

De studie biedt essentieel inzicht in de oorsprong van supergeleiding en de detectie van Majorana's op Dirac-punten op het oppervlak in vergelijking met de bulk. Beurtelings, de resultaten kunnen helpen, op een dag, Majorana-fermionen identificeren. Deze deeltjes kunnen de manier waarop we kwantumcomputers ontwerpen, veranderen.

Gezien hun aanzienlijke toepassingspotentieel, van kwantumcomputers tot informatietechnologieën, niet-centrosymmetrische (NCS) supergeleiders hebben aanzienlijke experimentele en theoretische belangstelling getrokken. In aanwezigheid van spin-baankoppeling, deze materialen zijn potentiële kandidaten voor topologische supergeleiding die beschermde Majorana-fermionoppervlakken herbergen. Echter, bewijs voor topologische supergeleidende oppervlaktetoestanden, en spin-baan koppeling, in NCS-materialen is schaars.

Dit werk heeft het bestaan ​​van spin-gepolariseerde oppervlaktetoestanden in het NCS-materiaal BiPd onthuld, het verstrekken van uniek inzicht in de elektronische structuur en het identificeren van een mogelijke route naar de ongrijpbare Marjorana-fermion-oppervlaktetoestanden. Wetenschappers voerden een systematische hoge resolutie hoek-opgeloste foto-emissie spectroscopie (ARPES) en spin-opgeloste ARPES-studie uit van elektronische en spin-eigenschappen in de normale toestand van deze supergeleider.

De gedetailleerde foton-energie, temperatuurafhankelijke en spin-opgeloste ARPES-metingen, aangevuld met eerste-principes elektronische structuurberekeningen, toonde de aanwezigheid aan van oppervlaktetoestanden bij hogere bindingsenergie met de locatie van het Dirac-punt op ongeveer 700 meV onder het Fermi-niveau. Hoewel deze resultaten het bestaan ​​van topologische supergeleiding in BiPd ontkennen, ze bieden essentiële informatie voor het identificeren, en na verloop van tijd controleren door middel van elektrische poorten, topologisch beschermde oppervlaktetoestanden in NCS-materialen die een nieuwe klasse kwantumapparaten zouden kunnen creëren op basis van Majorana-fermionen.