- 22,252
- 46
- 8 Ноя 2022
Физики нашли сверхпроводник с симметрией, которой не должно существовать.
Исследователи из дрезденского института IFW и консорциума ct.qmat сообщили об открытии необычного варианта сверхпроводимости в кристалле PtBi₂ . В этом материале возникает топологическое сверхпроводящее состояние с редкой схемой электронных корреляций. Такой рисунок парных связей ранее не встречался в твёрдых телах, и именно он создаёт условия для появления майорановских мод — квазичастиц, предсказанных теорией и долгое время наблюдавшихся лишь в отдельных искусственно созданных структурах.
Интерес к PtBi₂ связан с тем, что он формирует среду для майорановских возбуждений без магнитных полей, сложных интерфейсов или многослойных конструкций. Эти квазичастицы ведут себя как состояния, как бы «разделённые» на две части, и редко реагируют на локальные помехи. Благодаря такой устойчивости их рассматривают как основу для топологических кубитов — элементов квантовых систем, которые менее подвержены ошибкам. В большинстве подходов приходится долго выстраивать архитектуру, чтобы добиться нужных свойств. В PtBi₂ нужная конфигурация возникает естественно из-за особенностей самого кристалла.
Самая яркая особенность материала — необычный механизм электронного спаривания. В типичных сверхпроводниках пары формируются симметрично по всем направлениям. В купратах симметрия более сложная, но остаётся четырёхлепестковой. В PtBi₂ исследователи обнаружили шестилепестковую структуру, связанную с трёхлучевой симметрией решётки. Это означает, что вдоль шести определённых направлений пары не образуются вовсе. Подобная картина не вписывается в существующие модели и считается принципиально новым типом сверхпроводящего состояния. Причины такого рисунка пока остаются неизвестными.
Не менее важен и другой эффект: майорановские моды формируются вдоль краёв образца. Теоретические расчёты показывают, что эти состояния закреплены именно на поверхностных уровнях, а не в объёме материала. Поэтому изменение толщины, создание ступенчатых краёв или изменение формы пластины позволяет управлять распределением возбуждений. Эта особенность открывает возможность перемещать майорановские моды почти как элементы схемы и анализировать их поведение в реальных образцах, а не только в искусственно собранных структурах.
Чтобы описать поведение PtBi₂, исследователи выделяют несколько последовательных стадий. Сначала топологические поверхностные уровни ограничивают движение электронов верхними слоями — и этот эффект не исчезает даже после механического расщепления кристалла. Затем поверхностные носители достигают сверхпроводящего состояния, тогда как внутренние слои остаются металлическими, образуя естественную трёхслойную конфигурацию. После этого проявляется редкая шестилепестковая схема взаимодействий. И уже затем на границах формируются майорановские моды, положение которых можно менять с помощью внешнего поля, изменения толщины или создания искусственных ступенек.
Такие квазичастицы способны хранить информацию в форме, устойчивой к локальным ошибкам, поэтому их считают одним из наиболее перспективных вариантов для топологических квантовых архитектур. То, что PtBi₂ обеспечивает все необходимые условия без сложных надстроек, делает материал особенно ценным в контексте разработки компьютеров будущего.
Следующая задача — научиться управлять распределением майорановских состояний, а не только фиксировать их существование. Исследователи хотят выяснить, как меняется расположение возбуждений при уменьшении толщины образца, под действием магнитного поля или при создании искусственных структур на поверхности.
Исследователи из дрезденского института IFW и консорциума ct.qmat сообщили об открытии необычного варианта сверхпроводимости в кристалле PtBi₂ . В этом материале возникает топологическое сверхпроводящее состояние с редкой схемой электронных корреляций. Такой рисунок парных связей ранее не встречался в твёрдых телах, и именно он создаёт условия для появления майорановских мод — квазичастиц, предсказанных теорией и долгое время наблюдавшихся лишь в отдельных искусственно созданных структурах.
Интерес к PtBi₂ связан с тем, что он формирует среду для майорановских возбуждений без магнитных полей, сложных интерфейсов или многослойных конструкций. Эти квазичастицы ведут себя как состояния, как бы «разделённые» на две части, и редко реагируют на локальные помехи. Благодаря такой устойчивости их рассматривают как основу для топологических кубитов — элементов квантовых систем, которые менее подвержены ошибкам. В большинстве подходов приходится долго выстраивать архитектуру, чтобы добиться нужных свойств. В PtBi₂ нужная конфигурация возникает естественно из-за особенностей самого кристалла.
Самая яркая особенность материала — необычный механизм электронного спаривания. В типичных сверхпроводниках пары формируются симметрично по всем направлениям. В купратах симметрия более сложная, но остаётся четырёхлепестковой. В PtBi₂ исследователи обнаружили шестилепестковую структуру, связанную с трёхлучевой симметрией решётки. Это означает, что вдоль шести определённых направлений пары не образуются вовсе. Подобная картина не вписывается в существующие модели и считается принципиально новым типом сверхпроводящего состояния. Причины такого рисунка пока остаются неизвестными.
Не менее важен и другой эффект: майорановские моды формируются вдоль краёв образца. Теоретические расчёты показывают, что эти состояния закреплены именно на поверхностных уровнях, а не в объёме материала. Поэтому изменение толщины, создание ступенчатых краёв или изменение формы пластины позволяет управлять распределением возбуждений. Эта особенность открывает возможность перемещать майорановские моды почти как элементы схемы и анализировать их поведение в реальных образцах, а не только в искусственно собранных структурах.
Чтобы описать поведение PtBi₂, исследователи выделяют несколько последовательных стадий. Сначала топологические поверхностные уровни ограничивают движение электронов верхними слоями — и этот эффект не исчезает даже после механического расщепления кристалла. Затем поверхностные носители достигают сверхпроводящего состояния, тогда как внутренние слои остаются металлическими, образуя естественную трёхслойную конфигурацию. После этого проявляется редкая шестилепестковая схема взаимодействий. И уже затем на границах формируются майорановские моды, положение которых можно менять с помощью внешнего поля, изменения толщины или создания искусственных ступенек.
Такие квазичастицы способны хранить информацию в форме, устойчивой к локальным ошибкам, поэтому их считают одним из наиболее перспективных вариантов для топологических квантовых архитектур. То, что PtBi₂ обеспечивает все необходимые условия без сложных надстроек, делает материал особенно ценным в контексте разработки компьютеров будущего.
Следующая задача — научиться управлять распределением майорановских состояний, а не только фиксировать их существование. Исследователи хотят выяснить, как меняется расположение возбуждений при уменьшении толщины образца, под действием магнитного поля или при создании искусственных структур на поверхности.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
