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超薄设计材料解开量远峰莱拉子现象

物理学 2022-06-22 23:59:09

阿尔托大学 二维拓扑超导体边缘的一维零能态

学分:阿尔托大学 一组理论和实验物理学家设计了一种新的超薄材料,他们用它来创造难以捉摸的量子态

这些被称为一维Majorana零能量模式的量子态可能会对量子计算产生巨大影响

量子计算机的核心是一个量子位,用于进行高速计算

例如,谷歌去年发布的Sycamore处理器中的量子位,以及其他目前正在使用的量子位,对计算机周围的噪声和干扰非常敏感,这会给计算带来误差

一种称为拓扑量子位的新型量子位可以解决这个问题,而1D·马约拉纳零能量模式可能是制造它们的关键

“拓扑量子计算机是基于拓扑量子位的,拓扑量子位被认为比其他量子位更能容忍噪声

然而,拓扑量子位还没有在实验室中生产出来,”该项目的首席研究员彼得·利耶罗斯教授解释说

mzm是什么? mzm是以特定方式结合在一起的一组电子,因此它们的行为就像一种叫做马略拉纳费米子的粒子,这是一种半神话般的粒子,由半神话般的物理学家埃托雷·马约拉纳在20世纪30年代首次提出

如果马约拉纳的理论粒子能够结合在一起,它们将作为一个拓扑量子位工作

一个问题是:无论是在实验室还是在天文学中,都没有发现它们存在的证据

研究人员没有试图制造一种在宇宙中任何地方都没有人见过的粒子,而是试图让规则的电子表现得像它们一样

为了制造mzm,研究人员需要非常小的材料,这是阿尔托大学的李杰洛教授的团队专门研究的领域

mzm的形成是通过给一组电子一个非常特定的能量,然后把它们捕获在一起,这样它们就不能逃脱

为了实现这一点,材料需要是二维的,并且在物理上尽可能薄

为了制造1D MZMs,该团队需要制造一种全新的二维材料:拓扑超导体

拓扑超导性是发生在磁电绝缘体和超导体边界的特性

为了制造1D MZMs,利杰罗斯教授的团队需要能够在拓扑超导体中一起捕获电子,然而这并不像把任何磁铁粘在任何超导体上那么简单

“如果你把大部分磁铁放在超导体上面,你就阻止了它成为超导体,”博士解释说

这项研究的第一作者Shawulienu Kezilebieke

“材料之间的相互作用破坏了它们的性质,但是要制造mzm,你需要材料之间有一点点的相互作用

诀窍是使用二维材料:它们相互作用,足以产生mzm所需要的性质,但不至于相互干扰

" 所讨论的属性是旋转

在磁性材料中,自旋方向一致,而在超导体中,自旋方向相反,方向交替

将磁铁和超导体放在一起通常会破坏自旋的排列和反排列

然而,在二维层状材料中,材料之间的相互作用足以“倾斜”原子的自旋,从而产生制造MZMs所需的特定自旋状态,称为拉什巴自旋轨道耦合

找到mzm 这项研究中的拓扑超导体是由一层溴化铬制成的,这种材料只有一个原子厚时仍然具有磁性

Liljeroth教授的团队在铌二硒化物的超导晶体上生长了一个原子厚的溴化铬岛,并使用扫描隧道显微镜测量了它们的电学性质

在这一点上,他们求助于阿尔托大学的亚当·福斯特教授和现在坦佩雷大学的泰姆·奥贾宁教授的计算机建模专业知识来理解他们所做的

福斯特教授说:“需要大量的模拟工作来证明我们看到的信号是由MZMs引起的,而不是其他效应。”

“我们需要证明所有的部件都装配在一起,以证明我们生产了mzm

" 现在该团队确信他们可以在二维材料中制造1D MZMs,下一步将尝试将它们制造成拓扑量子位

到目前为止,这一步还没有被已经制造出0维mzm的团队完成,阿尔托团队不愿意去推测这个过程是否会比制造1维mzm更容易,但是他们对1D mzm的未来持乐观态度

“这篇论文最酷的部分是我们已经在二维材料中制作了mzm,”Liljeroth教授说,“原则上,它们更容易制作,更容易定制属性,并最终制作成一个可用的设备

" 这篇论文,范德瓦尔斯异质结构中的拓扑超导性,发表在12月17日的《自然》杂志上

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