Staneen is een topologische isolator die bestaat uit atomen die doorgaans in een soortgelijk patroon zijn gerangschikt als die in grafeen. Stanene-films zijn veelbelovend gebleken voor de realisatie van tal van intrigerende natuurkundige fasen, waaronder de kwantumspin Hall-fase en intrinsieke supergeleiding.

Sommige theoretische studies suggereerden ook dat deze films topologische supergeleiding zouden kunnen bevatten, een toestand die bijzonder waardevol is voor de ontwikkeling van kwantumcomputertechnologie. Tot dusver waren echter topologische randtoestanden in stanene niet betrouwbaar en consistent waargenomen in experimentele instellingen.

Onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong University, de University of Science and Technology of China, Henan University, Zhengzhou University en andere instituten in China hebben onlangs het naast elkaar bestaan ​​van topologische edge-states en supergeleiding aangetoond in stanene-films met één tot vijf lagen die op de Bi (111) substraat. Hun observaties, uiteengezet in een paper gepubliceerd in Physical Review Letters , zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van op Stanene gebaseerde kwantumapparaten.

"Het huidige werk is een laatste stap voorwaarts in ons systematische onderzoek na ons eerdere werk gepubliceerd in 2015, dat het eerste rapport vertegenwoordigde over de succesvolle groei van een stanene monoatomaire laag (ML)," Jinfeng Jia, een van de onderzoekers die de studie, vertelde Phys.org. "De uitdaging was destijds de Bi₂ Te₃ substraat oefent een compressieve spanning uit op de staneenlaag, wat leidt tot een ongunstige overlap tussen de geleidings- en valentiebanden."

Voortbouwend op eerdere bevindingen hebben Jia's team en andere onderzoeksgroepen over de hele wereld geprobeerd topologische supergeleiding te realiseren in staneen dat op verschillende substraten is geplaatst met grotere roosterbeperkingen dan Bi₂ Te₃ , omdat deze de niet-triviale topologie van stanene zouden kunnen behouden. Maar tot nu toe waren er maar weinigen in geslaagd.

Om efficiënte kwantumcomputertechnologieën te bouwen op basis van staneenfilms, zullen natuurkundigen eerst een substraat moeten identificeren dat kan worden gebruikt om stabiel staneen te kweken met niet-triviale topologische eigenschappen en intrinsieke supergeleiding. Dit is wat Jia en zijn collega's in hun recente paper wilden doen.

"Het uiteindelijke doel van ons recente artikel is om de topologische supergeleider in stanene te bereiken, een materiaalsysteem met één element", zei Jia. "Zo'n wenselijk substraat werd geïdentificeerd door onze meer recente theoretische studie, wijzend op het Bi (111)-substraat."

In hun experimenten verzamelden Jia en zijn collega's metingen met behulp van scanning tunneling microscopie en spectroscopie bij een ultralage temperatuur van 400 mK. Met deze methoden konden ze gelokaliseerde topologische randtoestanden op hun staneenmonsters op nanometerschaal detecteren en de supergeleidende paring in het materiaal bevestigen.

"Onze eerste-principeberekeningen bevestigden verder de niet-triviale topologie van die films, en het vitale belang van significante spin-orbitale koppeling door het Bi(111)-substraat," legde Jia uit. "We hebben ook aangetoond dat waterstof onmisbaar is om de groeimodus te veranderen om soepel en laag voor laag te groeien."

Het recente werk van dit team van onderzoekers demonstreert overtuigend het naast elkaar bestaan ​​van topologische randtoestanden en supergeleiding in staneenfilms. In tegenstelling tot andere eerdere realisaties van deze toestanden, zijn deze twee eigenschappen in hun steekproef opgenomen in een systeem met één element, in plaats van in een gecompliceerde heterostructuur.

De korte bilaterale penetratielengtes van de randtoestanden die zijn waargenomen door Jia en zijn collega's, zijn bijzonder gunstig voor de ontwikkeling van geleidende apparaten met laag verlies en dichte randkanalen. Bovendien zou het door de onderzoekers geïdentificeerde stanenefilmplatform de ontwikkeling mogelijk kunnen maken van topologische kwantumcomputerapparatuur op basis van minder staneenlagen.

"Voor het stanene/Bi (111)-systeem is de volgende stap het identificeren van de paringssymmetrie van zijn supergeleiding en het realiseren van Majorana-nulmodi door grenzen te creëren voor het edge-kanaal met gesloten lus," voegde Jia eraan toe. "Het doel van onze groep, op de lange termijn, is om de vlechtwerking van de Majorana-modi te realiseren en zelfs door te gaan naar topologische kwantumcomputers." + Verder verkennen

Onderzoekers maken 2D-platen van tinatomen

© 2022 Science X Network