ЭТО с вызванной сверхпроводимостью необыкновенно интересны для физиков, потому что у них есть потенциал, чтобы принять экзотические физические явления, включая неуловимый фермион Majorana – элементарная частица теоретизировала, чтобы быть ее собственной античастицей – и показать суперсимметрию – явление, достигающее вне стандартной модели, которая прольет свет на многие нерешенные проблемы в физике. Сверхпроводимость ЭТО также открывает огромную перспективу для технологического применения, включая топологическое квантовое вычисление и spintronics.Естественные топологические сверхпроводники редки, и те, которые были исследованы, показали чрезвычайно небольшие промежутки сверхпроводимости и очень низкие температуры перехода, ограничив их полноценность для раскрытия интересных физических свойств и поведений, которые теоретизировались.ЭТО использовались в технической сверхпроводимости топологические сверхпроводники (TI/SC), растя ЭТО на основании сверхпроводимости.
Начиная с их экспериментального открытия в 2007, ЭТО заинтриговали физиков конденсированного вещества, и волнение теоретического и экспериментального исследования, происходящего во всем мире, исследовало механические квантом свойства этого экстраординарного класса материалов. Эти 2D и 3D материалы изолируют в их большой части, но проводят электричество на своих краях или наружных поверхностях через специальные поверхностные электронные состояния, которые топологически защищены, означая, что они не могут быть легко разрушены примесями или недостатками в материале.
Но разработка такие системы TI/SC через рост тонких пленок TI на основаниях сверхпроводимости также оказалась сложной, учитывая несколько препятствий, включая несоответствие структуры решетки, химические реакции и структурные дефекты в интерфейсе и другом пока еще плохо понятые факторы.Теперь, новая становящаяся типовой техника развивалась в U. меня. преодолел эти препятствия. Развитый преподавателем физики Джеймсом Экштейном в сотрудничестве с преподавателем физики Таем-Чаном Чангом, новый «легкомысленный чип» метод роста образца TI/SC позволил ученым производить выложенные слоями тонкие пленки хорошо изученного селенида висмута TI сверху формирующего прототип ниобия SC – несмотря на их несовместимые прозрачные структуры решетки и очень реактивную природу ниобия.
Эти два материала, взятые вместе, идеальны для исследования фундаментальных аспектов физики TI/SC, по словам Чанга: «Это – возможно самый простой пример TI/SC с точки зрения электронных и химических структур. И у SC, который мы использовали, есть самая высокая температура перехода среди всех элементов в периодической таблице, которая делает физику более доступной. Это действительно идеально; это обеспечивает более простое, более доступное основание для исследования основ топологической сверхпроводимости», комментирует Чанг.
Метод допускает очень точный контроль над типовой толщиной, и ученые посмотрели на ряд из 3 – 10 слоев TI с 5 атомными слоями за слой TI. Измерения команды показали, что эффект близости вызывает сверхпроводимость и в оптовые государства и в топологические поверхностные государства фильмов TI.
Чанг подчеркивает, что они видели, дает новое понимание соединения сверхпроводимости поляризованных вращением топологических поверхностных государств.«Результаты этого исследования однозначны.
Мы видим сигнал ясно», Чанг подводит итог. «Мы исследовали промежуток сверхпроводимости как функцию толщины фильма TI и также как функция температуры. Результаты довольно просты: промежуток исчезает, поскольку Вы выходите за предел температуры перехода ниобия.
Это хорошо – это просто. Это показывает работы физики. Более интересный зависимость от толщины фильма.
Не удивительно, мы видим, что промежуток сверхпроводимости уменьшает для увеличения толщины фильма TI, но сокращение удивительно медленное. Это наблюдение поднимает интригующий вопрос относительно того, как соединение в поверхности фильма вызвано сцеплением в интерфейсе».
Чанг приписывает Экштайну развитие изобретательного типового метода подготовки. Это включает сборку образца в обратном порядке, сверху жертвенного основания алюминиевой окиси, обычно известной как минеральный сапфир. Ученые в состоянии управлять определенным количеством слоев выращенных кристаллов TI, каждая пятикратная атомная толщина.
Тогда поликристаллический слой сверхпроводимости ниобия депонирован распылителем сверху фильма TI. Образец тогда перевернут и жертвенный слой, который служил основанием, смещен, ударив «булавку раскола». Слои расколоты точно в интерфейсе TI и алюминиевой окиси.
Экштайн объясняет, «метод ‘легкомысленного чипа’ работает, потому что слои сильно не соединены – они похожи на кучу бумаги, где есть сила в стеке, но Вы можете разделить слои легко. Здесь, у нас есть треугольная решетка атомов, которая прибывает в пакеты пять – эти слои сильно соединены.
Следующие пять слоев сидят на вершине, но слабо соединены с первыми пятью. Это складывается, самая слабая связь правильная в интерфейсе основания-TI. Когда расколото, этот метод дает чистую поверхность без загрязнения от воздушного воздействия».Раскол был выполнен в ультравысоком вакууме в очень чувствительном инструменте в Институте Физики твердого тела в Токийском университете, способном к решенной углом фотоэмиссионной спектроскопии (ARPES) в диапазоне температур.
Чанг признает, «Особенности сверхпроводимости происходят в очень маленьких энергетических весах – это требует очень высокой энергетической резолюции и очень низких температур. Эта часть эксперимента была закончена нашими коллегами в Токийском университете, где у них есть инструменты с чувствительностью, чтобы получить резолюцию, нам нужно для этого вида исследования.
Мы, возможно, не сделали этого без этого международного сотрудничества».«Этот новый типовой метод подготовки открывает много новых проспектов в исследовании, с точки зрения экзотической физики, и, в долгосрочной перспективе, с точки зрения возможных полезных заявлений – потенциально даже включая строительство лучшего сверхпроводника.
Это позволит подготовку образцов, используя широкий спектр другого ЭТО и SCs. Это могло также быть полезно в миниатюризации электронных устройств, и в вычислении spintronic, которое потребует меньшего количества энергии с точки зрения теплоотдачи», Чанг завершает.Экштайн добавляет, «Есть много волнения об этом. Если мы можем сделать сверхпроводимость TI, теоретические предсказания говорят нам, что мы могли найти новое элементарное возбуждение, которое сделает идеальный топологический квантовый бит, или кубит.
Мы еще не там, и есть все еще много вещей волноваться о. Но это был бы кубит, квант которого механическая волновая функция будет менее восприимчива к местным волнениям, которые могли бы вызвать dephasing, портя вычисления».