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在超导体的外缘发现了新的超导电流

2020年5月4日,经过卢克詹姆斯

在普林斯顿大学的科学家认为,它们已经发现它们沿着材料边缘传播的超导电流,而不会在中间流入中间。

据报道,据普林斯顿大学的一个实验室首次检测到几十年来物理学家的发现。

该大学的一组物理学家发现,超导电流沿着超导材料的外部边缘流动。

沿着材料的外部边缘检测超导电流

该团队研究的高级作者王乃焕(Nai Phuan Ong,音)发表在《科学》杂志上科学5月1日,说,“我们的问题是,如果材料的内部不是绝缘体而是超导体,会发生什么?”当超导电性出现在拓扑材料中时,会出现什么新的特征?”

为了研究拓扑材料中的超导性,该团队使用了一种晶体材料,这种材料具有拓扑特性,是100毫开尔文(- 459华氏度)下的超导体,叫做钼二碲化钼。

正常情况下,超导电流会渗透到整个材料中,电流流动时不会损失能量。然而,在冷却到接近绝对零度的二碲化钼薄片中,内部和边缘组成了两个截然不同的超导体。Ong补充说,在这种材料中,这两个超导体“基本上忽略了对方”。

拓扑绝缘体

外部和内部的区别使得二碲化钼成为拓扑材料的一个例子。这些材料表现出与拓扑(一个数学领域)密切相关的行为,可以用作拓扑绝缘体,电流可以在材料表面流动,但不能在内部流动。

拓扑绝缘体是内部具有绝缘和导电表面的晶体。与电子可以从一个原子跳到另一个原子的导电材料不同,绝缘体中的电子不能移动,然而,拓扑绝缘体允许电子在其导电表面移动。

用图表表示超导电流。

图表说明超导性及其对电流流动的抵抗力。图中的锯齿状图案表示具有随所施加磁场的强度而变化的超导性的振荡。图片记入普林斯顿大学Stephan Kim

将超导状态推到极限

电气工程师的研究生斯蒂芬金斯·金斯(Depehan Kim)举办了许多项目的实验,“到目前为止所做的大部分实验都涉及通过将一个靠近另一个材料置于另一个材料来试图将超导力注入拓扑材料。关于我们的测量有何不同,我们没有注入超导,但我们能够展示边缘状态的签名。“

最初,该团队在实验室中生长晶体,然后将它们冷却至发生超导发生的温度。然后,通过将弱磁场施加到晶体,电流显示随着磁场增加而振荡。在他们的实验中,Kim和同事逐渐增加了材料上的磁场,并测量了它们在超导状态丢失之前可以增加它,称为“临界电流”。

随着磁场的增大,临界电流以重复的方式振荡——这是边缘超导体的一个标志。这种振荡是由超导体中的电子形成铜对的物理现象引起的。这些对作为一个统一的整体,都具有相同的量子态或波函数。

这可能对量子计算有何意思?

钼Ditelluide是一种被称为Weyl半型的金属状化合物。由于其不寻常的财产,科学家认为它可以让Majorana Fermions,以适应更好的量子计算机的材料内的扰乱。基于量子拓扑的计算机预计将抵制可能损害量子计算的抖动。

对科学家的下一个大挑战是采取这些马太基亚蜕皮,使它们进入额度,或个人计算单位,这将是对实际量子计算的巨大飞跃。

从理论上讲,Qubit将由Majorana Fermions成对的组合制成,每个组合将与其伴侣分开。如果该对的一个成员被噪声错误中断,则另一个成员应保持不受影响,从而保持Qubit的完整性,使其能够正确执行计算。

开发量子位的困难

迄今为止,基于半导体的马约拉纳费米子装置一直难以扩大规模。这是因为一台实用的量子计算机需要数千或数百万个量子位元,而这些量子位元需要非常精确的半导体材料晶体,而这些晶体很难变成高质量的超导体。这就是拓扑绝缘体进来。