磁性拓撲絕緣體+鐵硫族化合物，新組合材料可支持量子計算超導性
發布時間：2024年2月19日
來源：科技日報
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美國賓夕法尼亞州立大學研究人員領導的團隊成功創建出一種新材料組合，可提供一個平臺來探索類似于手性馬約拉納粒子的物理行為。這種材料融合體不但具有特殊的電學特性，還擁有超導性所需的所有組件，被認為是未來量子計算中一個極有前途的“選手”。研究成果于8日在線發表在《科學》雜志上。
當超導體與磁性拓撲絕緣體結合在一起時，每個組件的新穎電特性共同產生“手性拓撲超導體”。而拓撲結構，即物質的特殊幾何形狀和對稱性，在超導體中能產生獨特的電現象，可促進拓撲量子計算機的構建。
但手性拓撲超導的實現需要3個要素：超導性、鐵磁性和拓撲序性質。
團隊運用分子束外延技術，將磁性拓撲絕緣體和鐵硫族化合物（FeTe）堆疊在一起，成功開發出一個同時具備這3種特性的系統。拓撲絕緣體是鐵磁體，電子以相同方式旋轉；鐵硫族化合物是一種極有前景的利用超導性的過渡金屬，是一種反鐵磁體，其電子以交替方向旋轉。
當研究人員通過各種成像技術來表征這一組合材料的結構和電性能后，證實在材料之間的界面處，存在手性拓撲超導性的所有3個關鍵要素。而通常情況下，超導性和鐵磁性是“競爭關系”，在鐵磁材料系統中很少能找到強大的超導性。
研究人員相信，該系統有助于尋找一種與馬約拉納粒子具有類似行為的材料系統。馬約拉納粒子是1937年首次假設出的亞原子粒子，能充當自己的反粒子。這種特性可使它們用作量子計算機中的量子比特，而為手性馬約拉納的存在提供實驗證據，將是創建拓撲量子計算機的關鍵一步。