En años recientes, El desarrollo de computadoras cuánticas más allá de la capacidad de las computadoras clásicas se ha convertido en una nueva frontera en ciencia y tecnología y una dirección clave para lograr la supremacía cuántica. Sin embargo, La computación cuántica convencional presenta un serio desafío debido al efecto de decoherencia cuántica y requiere una cantidad significativa de corrección de errores al escalar los qubits cuánticos. Por lo tanto, La exploración de la computación cuántica tolerante a fallas utilizando estados cuánticos protegidos topológicamente contra perturbaciones ambientales locales es un esfuerzo importante de valor fundamental y significado tecnológico para realizar computación cuántica a gran escala.

Los estados ligados de energía cero de Majorana (ZEBS) en sistemas de materia condensada, como los superconductores, son estados cuánticos tan raros con protección topológica contra perturbaciones locales. Estos llamados modos cero de Majorana (MZM) son de carga neutra y obedecen a estadísticas de intercambio no abelianas y sirven como el bloque de construcción de qubits topológicos. Se predice teóricamente que los MZM existen en el núcleo del vórtice de los superconductores topológicos de ondas p o en los extremos de los superconductores topológicos unidimensionales (1-D). Siendo un ZEBS, Una de las principales características del MZM son los picos de conductancia diferencial para tunelización a voltaje de polarización cero. Experimentalmente, las plataformas actuales de Majorana incluyen las siguientes. Uno está utilizando un acoplamiento de proximidad de aislante topológico tridimensional (3-D) a un superconductor de onda s para realizar los estados de superficie topológicos superconductores y detectar los estados de vórtice aplicando un campo magnético. El otro está utilizando un acoplamiento de proximidad de nanocables de acoplamiento de espín-órbita 1-D a un superconductor de onda S para detectar picos de conductancia de polarización cero en los extremos bajo un campo magnético externo. Sin embargo, la complicada fabricación de las estructuras híbridas, la temperatura extremadamente baja y el campo magnético aplicado necesarios para la observación presentan grandes desafíos para la posible aplicación de MZM.

Recientemente, El grupo del profesor Wang Jian en la Universidad de Pekín, en colaboración con el grupo del profesor Wang Ziqiang en Boston College, descubrió MZM en ambos extremos de defectos de línea atómica 1-D en superconductores bidimensionales (2-D) de alta temperatura basados ​​en hierro y proporcionó una plataforma prometedora para detectar excitaciones topológicas de energía cero a una temperatura de funcionamiento más alta y bajo cero magnéticos externos campo. El grupo de Wang Jian hizo crecer con éxito FeTe de una celda de una unidad de gran superficie y de alta calidad _0,5 Se _0,5 películas sobre SrTiO ₃ (001) sustratos por técnica de epitaxia de haz molecular (MBE), que muestran Tc (~ 62 K) mucho más alto que (~ 14,5 K) en el Fe (Te, Se). Mediante microscopía / espectroscopía de túnel de barrido in situ a baja temperatura (4,2 K) (STM / STS), Los defectos de la línea atómica 1-D formados por los átomos Te / Se superiores que faltan se pueden identificar claramente en la monocapa FeTe. _0,5 Se _0,5 Película (s. Las ZEBS se detectan en ambos extremos del defecto de la línea atómica 1-D (Figura 1), mientras que los espectros de tunelización en el medio del defecto de línea se recuperan a los estados superconductores completamente separados. A medida que aumenta la temperatura, el ZEBS se reduce en intensidad, y finalmente desaparece a una temperatura (alrededor de 20 K) muy por debajo de Tc. El ZEBS no se divide al aumentar la conductancia de la barrera de túnel y se vuelve más nítido y alto a medida que la punta se acerca a la película. mostrando la propiedad robusta. Es más, en la cadena de defectos más corta, el acoplamiento entre las ZEBS en ambos extremos conduce a picos de conductancia de polarización cero reducidos incluso en la sección media de la cadena del defecto de la línea atómica (Figura 2). La correlación positiva entre la conductancia de polarización cero y las longitudes de los defectos de línea se puede deducir de las estadísticas. Las propiedades espectroscópicas de las ZEBS, incluyendo la evolución de la altura y el ancho de los picos con la temperatura, la temperatura que desaparece de ZEBS, los espectros de tunelización en el proceso de muestra que se aproxima a la punta, así como la propiedad no dividida son consistentes con la interpretación de MZM. Otras posibilidades como el efecto Kondo, Los estados de impurezas convencionales o los estados ligados de energía cero de Andreev en superconductores nodales de alta temperatura pueden excluirse en general.

El grupo del profesor Wang Ziqiang en el Boston College propuso una posible explicación teórica al extender la teoría de bandas del estado de la superficie de Shockley al caso de los superconductores. Debido al gran acoplamiento espín-órbita, el defecto de la línea atómica 1-D en la monocapa FeTe _0,5 Se _0,5 la película puede convertirse en un superconductor topológico 1-D emergente y un par de MZM de Kramers que aparecen en los extremos del defecto de línea protegidos por simetría de inversión de tiempo. Incluso sin simetría de inversión de tiempo a lo largo del defecto de línea, el superconductor topológico 1-D también se puede realizar con un solo MZM ubicado en cada extremo de la cadena. Este trabajo, por primera vez, revela una clase de excitaciones topológicas de energía cero en ambos extremos de los defectos de la línea atómica 1-D en la monocapa superconductora de alta temperatura 2-D FeTe _0,5 Se _0,5 Película (s, que muestran las ventajas de ser un solo material, temperatura de funcionamiento más alta y campo magnético externo cero, y puede ofrecer una nueva plataforma para futuras realizaciones de qubits topológicos aplicables.

El artículo fue publicado en línea por Física de la naturaleza