一種名為鉑-鉍-II (PtBi) 的材料內部正在發生一些意想不到的事情。2– 根據 IFW Dresden 和 Cluster of Excellence ct.qmat 的研究人員的一項新研究，這種閃亮的灰色晶體可能看起來很普通。但內部電子的行為方式是科學家以前從未觀察到的。
在 2024 年發表的之前的工作中，該團隊已經證明只有 PtBi 的頂部和底部表面存在。2 成為超導體這意味著電子可以配對並無阻力地流動。最新結果揭示了更多驚喜。這些電子配對不同於任何已知的超導體。更有趣的是它們周圍的邊緣。這些超導表面通常含有難以捉摸的馬約拉納粒子，這些粒子被認為是未來量子計算機中容錯量子位（qubit）的有前途的結構。
鉑鉍法2 它變得拓撲超導。
PtBi 的異常行為2 這可以通過將其分為三個重要步驟來理解。
首先，一些電子被嚴格限制在晶體的頂面和底面。這是由於 PtBi 的拓撲特性而發生的。2 這是由電子與材料的有序原子結構相互作用引起的。拓撲性質非常穩定。除非整個材料的對稱性改變，否則它們不會改變。通過調整晶體本身的形狀或使用電磁場。
PtBi 是由什麼組成的2 特別值得注意的是，束縛在上表面的電子總是與下表面上相應的電子配對。無論晶體有多厚，如果將晶體切成兩半，新暴露的表面會立即產生附著在同一表面上的電子。
具有規則內部的超導表面。
第二階段發生在低溫下。限制在表面的電子開始配對。讓他們毫無阻力地移動。同時，材料內的大多數電子不參與這種配對，並繼續像正常電子一樣表現。
這創造了一種不尋常的結構，研究人員將其描述為天然超導三明治。外表面完全導電。而內部仍然是普通金屬。這是因為超導性來自於 PtBi 拓撲屏蔽表面上的電子。2 它具有拓撲超導特性。
只有少數材料被認為具有超導的內在拓撲來源。到目前為止，這些候選人都沒有得到一貫強有力的試驗證據的支持。 PTT2 這一集是最有說服力的例子之一。
前所未見的電子配對形式
這個難題的最後一塊來自萊布尼茨固態與材料研究所（IFW 德累斯頓）Sergey Borisenko 博士實驗室進行的超分辨率測量。這些實驗表明，並非所有表面電子都具有相同程度的超導性。
電子沿六個特定方向移動並且間隔相等。表面上彼此根本拒絕配對。這種不尋常的圖案反映了 PtBi 表面原子排列的三重旋轉對稱性。2–
在一般超導體中，電子彼此配對，無論它們移動的方向如何。一些突破性的超導體包括眾所周知的銅酸鹽，它們在相對較高的溫度下工作。顯示與四重對稱 PTT 的方向匹配2 它是第一個已知的具有六重對稱限制耦合的超導體。
“我們以前從未見過這種情況。這不僅僅是 PtBi。”2 拓撲超導體但是驅動這種超導性的電子配對與其他超導體不同。這就是我們所知道的一切，”鮑里森科說。“我們仍然不明白這種配對是如何發生的。 ”
捕獲馬約拉納粒子的晶體邊緣
研究還證實PtBi2 這是生產馬約拉納粒子的一條新的實用途徑，長期以來，馬約拉納粒子在凝聚態物理學中一直受到追捧。
“我們的計算表明 PtBi 中的拓撲超導性2 它會自動創建附著在材質邊緣的馬約拉納粒子。在實踐中，我們可以偽造晶體中的邊緣台階，以創建任意數量的馬約拉納晶體。 ”IFW 理論固體物理研究所所長、維爾茨堡-德累斯頓卓越集群 ct.qmat 首席研究員 Jeroen van den Brink 教授說道。
馬約拉納粒子成對出現，當組合時，其行為就像單個電子。但每個粒子的行為方式都截然不同。這種有效分離電子的想法是拓撲量子計算的核心。這是一種旨在創建更能抵抗噪聲和錯誤的量子位的方法。
馬約拉納對未來量子設備的控制
帶PTB2現在，不尋常的超導性和邊緣馬約拉納粒子已經被發現，研究人員正在將注意力轉向利用這些效應。一種策略是使材料更薄。這改變了非超導內部。這可以將其從導電金屬變成絕緣體。為了防止普通電子乾擾，馬約拉納被用作量子位。
另一種方法涉及使用磁場。通過改變電子的能級磁場可以將馬約拉納粒子從晶體的邊緣移動到其角落。這些功能代表了 PtBi 使用的重要一步。2 它是未來量子技術的平台。
