Yarı iletken nanoteller süper iletkenlerle birleştirildiğinde topolojik kuantum durumuna ayarlanabilirler.
Bir yarı iletken nanotel, bir süperiletken ile birleştirildiğinde, Majorana sıfır modu (MZM) adı verilen yerelleştirilmiş bir kuasipartikülün ana bilgisayarı olarak kabul edilen topolojik bir kuantum durumuna ayarlanabilir. Majorana sıfır modları, topolojik kuantum hesaplamada iyi uygulama olanaklarına sahip kendi antiparçacıklarıdır. Partikül-antiparçacık eşdeğerliğinden dolayı, Majorana sıfır modu düşük sıcaklıklarda nicelleştirilmiş iletkenlik sergiler. Katı hal sistemlerinde Majorana'nın sıfır modunu gerçekleştirmek için birçok teori olmasına rağmen, deneysel gerçekleştirme idealize olmama sorunuyla karşı karşıyadır ve yeni araştırma sonuçları Science dergisinde yayınlanmaktadır.
Bir grup disiplinler arası araştırmacı, süperiletkenlerin girdaba bağlı durumundaki tünel iletkenliğini incelemek için değişken tünel birleştirme taramalı tünel spektroskopisi kullandı. Örneğin, bir elektronik durumun yokluğunda, süperiletken enerjide bir "boşluğa" sahiptir, bu nedenle elektronlar bunun içine tünel açamaz .. Girdap hattında, manyetik alan boşluğu kapatır ve bir elektronik durum oluşturur. FeTe0.55Se0.45 süperiletken üzerinde yapılan araştırma, sıfır enerjili vorteks bağlı durum iletkenlik platformunu tünel kuplajının bir fonksiyonu olarak kaydetmiştir ve değeri evrensel kuantum iletkenlik değeri 2e2 / h'ye yakın veya hatta yakındır; burada e elektronik yük ve h evrensel Ranke sabiti.
Aksine, ne platform sonlu enerji vorteks bağlı durumda ne de platform süperiletken bant aralığı dışında elektronik durum sürekliliğinde gözlenir.Bu sıfır modlu iletkenlik davranışı, FeTe0.55Se0.45 kristalindeki Mayo'yu destekler. Rana sıfır modülünün varlığı. Majorana sıfır modu (MZM), Abelian olmayan istatistikleri, yani kuantum hesaplamada son derece önemli bir rol oynayan normal fermiyon veya bozon uyarma modunun ötesinde uyarımı izler. Son yirmi yılda, fizikçiler, p-dalgası süperiletkenlerinde ve spin-yörüngeli birleştirme malzemelerindeki Majorana sıfır modunun s-dalgası süperiletkenleri tarafından yaklaştırıldığını tahmin ettiler (heteroyapının herhangi bir kurucu bölgesinde bulunmayan malzemelerin özelliklerini gerçekleştirmek için). ).
Araştırmacılar, yarı iletken-süperiletken nanoteller, topolojik yalıtkan-süperiletken heteroyapıları ve süper iletken substratlar üzerindeki atomik zincirler dahil olmak üzere çeşitli sistemlerde Majorana'nın sıfır modunun deneysel kanıtlarını gözlemlediler. Fizikçiler ve malzeme bilimcileri, Majorana'nın sıfır modunu elde etmek için tek malzemeli bir platform olarak tam boşluklu demir bazlı bir yığın süper iletken geliştirdiler. Taramalı tünelleme mikroskobu / spektroskopisi (STM / S) kullanılarak yapılan araştırma, FeTe0.55Se0.45 kristalinin yüzeyindeki topolojik girdapta Majorana sıfır modunun varlığına dair kanıt buldu. Yeterince düşük 2e2 / h sıcaklıkta, Majorana'nın sıfır modunun iletkenliği nicelenmiş bir plato sergileyebilir; burada e elektronik yük ve h Planck sabitidir.
Bu nicelleştirilmiş Majorana sıfır modlu iletkenlik, bir süperiletken ile normal durumdaki bir malzeme arasındaki arayüzde meydana gelen bir parçacık saçılımı olan ve Majorana sıfır modlu doğal parçacıklardan oluşan mükemmel rezonans Andreev yansımasından gelir. Boşluk simetrisi garantilidir. Bilim adamları, InSb-Al nanotel sisteminde, Majorana'nın sıfır modunun varlığıyla tutarlı olan nicelleştirilmiş bir iletkenlik platformu gözlemlediler. Benzer şekilde, STM / S deneyi ile elde edilen sıfır önyargı iletkenlik tepe noktasına (ZBCP) sahip demir bazlı süperiletken, büyük bir topolojik bant boşluğuna sahiptir ve düşük konumdan etkilenmeden Majorana sıfır modlu nicelenmiş iletkenliği gözlemleme imkanı sağlar. Caroli-de Gennes-Matricon bağlı durum (CBSS) kirliliği.
Önceki deneysel beklentiler nedeniyle, değişken tünel birleştirme STM / S yöntemi şu anda FeTe0.55Se0.45 kristal vorteks merkezinin Majorana sıfır mod iletkenliğini geniş bir uç-örnek mesafesi ile incelemek için kullanılmaktadır. Taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) etkili elektron sıcaklığı 377mK'dir ve araştırmacılar, uç-numune mesafesini (tünel bariyer iletkenliği ile ilgili) değiştirerek tünel bağlantısını sürekli olarak ayarlarlar. Numune yüzeyine dik bir 2T (Tesla) manyetik alan uygulayarak, girdap çekirdeğinde keskin bir ZBCP (sıfır yanlı piezoelektrik iletim tepe noktası) gözlemlendi. Beklendiği gibi, kuantum hapsi vorteksindeki izole Majorana sıfır modu için, ZBCP vorteks çekirdeği üzerinde dağılmadı veya bölünmedi. Tünel kuplaj ölçümü, gözlenen ZBCP'de STM ucu topolojik girdabın merkezine eklenerek gerçekleştirildi.
Uç konumundaki durumların elektron yoğunluğuna karşılık gelen bir dizi Di / dV spektrumları, farklı uç-numune mesafeleri için kaydedilir. Majorana sıfır modunun parçacık-boşluk simetrisini test etmek için sıfır enerjili Majorana sıfır modunun ve sonlu enerjili CBS'nin (Caroli-de Gennes-Matricon bağlı durumu) iletkenlik davranışı incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Majorana sıfır modu olan veya olmayan iki farklı tipte topolojik girdap ve sıradan girdaplar gözlemlenir ve girdaba bağlı durumların enerji seviyesi kaymaları yarım tamsayılardır. Aynı zamanda, topolojik girdap tünel kuplajı ile ölçüldü ve Majorana sıfır modu ve ilk CBS enerji seviyesi elde edildi. Araştırma ekibi deneyi aynı konumdaki sıfır manyetik alanda tekrarladığında, sert bir süper iletken boşluk gözlemlendi.
Bilim adamları yalnızca ZBCP'de Majorana sıfır modelinin davranışını gösteren iletkenlik platformu özelliğini gözlemlediler. Çalışmada gözlemlenen platform davranışı, Majorana'nın sıfır modunun neden olduğu rezonans Andreev yansımasına da kanıt sağlar. O zamandan beri, elektronlar normal elektrottan bariyer tünelinden süper iletkene girdiklerinde, araştırma ekibi Andreev yansıma sürecinin gelen elektronları aynı elektrotta çıkış deliklerine dönüştürdüğünü gözlemledi. Bu, parçacık delikli Hilbert uzayında çift bariyer sistemine yol açar. Andreev yansımasının tek bir Majorana sıfır modundan geçmesi durumunda, Majorana sıfır modu parçacık-antiparçacık eşdeğerliğinden dolayı, parçacık / delik bileşeninin eşit genliği aynı tünel kuplajını, elektronları ve delikleri sağlar. Aynı elektrotta (e = h).
Bu nedenle, tek bir Majorana sıfır modunun rezonant Andreev yansıması yoluyla, 2e2 / h nicelleştirilmiş sıfır önyargı iletkenlik platformu üretilir. Buna karşılık, düşük enerjili CBS ve diğer alt boşluk durumları, Majorana'nın sıfır mod simetrisini içermez ve CBS aracılı Andreev yansımasındaki elektronlar ve delikler arasındaki ilişki kopar ve bu da iletkenlik olmamasıyla sonuçlanır. Ek olarak, deneysel sistemdeki manyetik alanı kaldırdıktan sonra, girdap çekirdeğinin gözlemlenen sıfır yanlılık iletkenlik platformu kayboldu ve bu, kuantum yörünge taşınmasına atfedilemez. Bilim adamları, 60 ölçümde birçok topolojik girdapta ZBCP'nin davranışını defalarca gözlemledi. Alet genişletmenin Majorana'nın iletkenlik platformu üzerindeki etkisini anlamak için bilim adamları modülasyon voltajını (Vmod) değiştirdiler.
Bu, belirli bir topolojik girdapta Majorana iletkenlik platformunun Vmod evrimini incelemeyi mümkün kılar. Ardından, taramalı tünelleme mikroskobunda tünel kuplajını değiştirerek işlemin tersine çevrilebilirliğini test edin. Ölçüm sırasında uç ve numunenin geri döndürülemez şekilde hasar görmediğini göstermek için her iki tekrarlı dizinin de yeniden üretilebileceği bulundu. Araştırma ekibinin deneyi tam olarak anlamak için daha fazla teoriye ihtiyacı var, çünkü sıfır önyargılı iletkenlik platformuyla ilgili diğer mekanizmalar göz ardı edilmedi. Sonuç, topolojik dolanıklığı veya topolojik kuantum hesaplama için genel kuantum kapılarını tanımlamak için dokuma operatörlerinin uygulamasında bir başka ileri adımdır.
Telif Hakkı Science X Network / Thamarasee Jeewandara, Phys
Referans Dergisi "Bilim"
DOI: 10.1126 / science.aax0274
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
