In een studie gepubliceerd in Nature op 8 juni heeft een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van prof. Gao Hongjun van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) de observatie gerapporteerd van een grootschalig, geordend en afstembaar Majorana-zero-mode (MZM) rooster in de op ijzer gebaseerde supergeleider LiFeAs, die een nieuwe weg biedt naar toekomstige topologische kwantumberekeningen.

MZM's zijn nul-energiegebonden toestanden die zijn beperkt tot de topologische defecten van kristallen, zoals lijndefecten en door magnetische velden geïnduceerde wervels. Ze worden gekenmerkt door scanning tunneling microscopie/spectroscopie (STM/S) als nul-bias geleidingspieken. Ze gehoorzamen aan niet-Abelse statistieken en worden beschouwd als bouwstenen voor toekomstige topologische kwantumberekeningen.

MZM's zijn waargenomen in verschillende topologisch niet-triviale op ijzer gebaseerde supergeleiders, zoals Fe (Te_0,55 Se_0.45) , (Li_0,84 Fe_0,16 )OHFeSe en CaKFe₄ Als₄ . Deze materialen hebben echter problemen met door legering veroorzaakte wanorde, oncontroleerbare en ongeordende vortexroosters en de lage opbrengst van topologische wervels, die allemaal hun verdere studie en toepassing belemmeren.

In deze studie observeerden de onderzoekers de vorming van een geordend en afstembaar MZM-rooster in de natuurlijk gespannen supergeleider LiFeAs. Met behulp van STM/S uitgerust met magnetische velden, ontdekten de onderzoekers dat lokale spanning van nature voorkomt in LiFeAs. Biaxiale ladingsdichtheidsgolf (CDW) strepen langs de Fe-Fe en As-As richtingen worden geproduceerd door de spanning, met golfvectoren van λ1~2.7 nm en λ₂ ~24,3 nm. De CDW met golfvector λ₂ vertoont sterke modulatie op de supergeleiding van LiFeAs.

Onder een magnetisch veld loodrecht op het monsteroppervlak komen de wervels tevoorschijn en worden ze gedwongen om uitsluitend langs de As-As CDW-strepen uit te lijnen, waardoor een geordend rooster wordt gevormd. De verminderde kristalsymmetrie leidt tot een drastische verandering in de topologische bandstructuren op het Fermi-niveau, waardoor de wervels worden getransformeerd in topologische wervels die MZM's herbergen en een geordend MZM-rooster vormen. Bovendien zijn de MZM-roosterdichtheid en -geometrie afstembaar door een extern magnetisch veld. De MZM's beginnen met elkaar te koppelen onder hoge magnetische velden.

Deze waarneming van een grootschalig, geordend en afstembaar MZM-rooster in LiFeAs breidt de MZM-familie uit die wordt aangetroffen in op ijzer gebaseerde supergeleiders, en biedt aldus een veelbelovend platform voor het manipuleren en vlechten van MZM's in de toekomst, aldus de onderzoekers.

Deze bevindingen kunnen licht werpen op de studie van topologische kwantumberekening met behulp van op ijzer gebaseerde supergeleiders. + Verder verkennen

Hogere-orde topologische supergeleiding in monolaag op ijzer gebaseerde supergeleider