La búsqueda de fermiones de Majorana, partículas que son sus propias anti-partículas, en superconductores topológicos es de suma importancia en la física de la materia condensada actual. Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Qi-Kun Xue de la Universidad de Tsinghua en China ha informado sobre evidencia experimental de superconductividad topológica cerca de la superficie de películas epitaxiales de β-Bi2Pd, y posibles modos cero de Majorana en vórtices magnéticos.

Un superconductor topológico es superconductor dentro de la masa como otros superconductores, mientras que en el límite / superficie, alberga los fermiones de Majorana largamente buscados. Tales partículas inusuales obedecen a estadísticas de trenzado no abelianas y tienen potencial para la computación cuántica tolerante a fallas. que teóricamente puede operar de manera más eficiente que las computadoras actuales. Hasta ahora se ha propuesto un puñado de superconductores topológicos en aislantes topológicos u otros sistemas con fuerte acoplamiento espín-orbital cuando están interconectados con un superconductor o conducidos a estados superconductores por dopaje químico. Sin embargo, Se ha prestado poca atención a la búsqueda de estructuras de bandas topológicamente no triviales en superconductores de ondas s clásicas.

Se descubrió que el β-Bi2Pd tetragonal era superconductor por debajo de 5,4 K en 1957. Recientemente, La espectroscopia de fotoemisión de resolución angular ha revelado que las bandas de superficie protegidas topológicamente cruzan el nivel de Fermi de β-Bi2Pd. Los dos criterios principales para realizar la superconductividad topológica existen dentro de este compuesto de un solo componente. Las búsquedas experimentales posteriores de la superconductividad topológica enterrada en β-Bi2Pd fracasaron. Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Tsinghua ahora informan sobre estados superconductores topológicamente no triviales en β-Bi2Pd.

"Estamos motivados para desentrañar por qué no se observó la superconductividad topológica en todos los estudios anteriores de cristales de β-Bi2Pd, ahora se sabe que ajustar el potencial químico para aislar los estados de la superficie topológica de las bandas masivas cerca del nivel de Fermi es la clave para observar tales estados superconductores topológicamente no triviales, "dijo Yanfeng Lv, el primer autor de este estudio, ahora es investigadora postdoctoral en el Centro de Superconductividad de Texas, Universidad de Houston.

Publicado en la revista de Boletín de ciencia , El estudio utilizó una técnica de epitaxia de haz molecular de última generación en condiciones de vacío ultra alto para preparar películas delgadas de β-Bi2Pd de alta calidad sobre sustratos de SrTiO3. que luego se transfirieron in situ a una cámara de microscopía de túnel de barrido criogénico. El espectro de tunelización reveló una abertura superconductora pronunciada y resistente a las impurezas en la superficie, que parece mucho más grande que el volumen debido a la mezcla de paridad mejorada de Dirac-fermión del potencial de pares de superficie. La visualización directa de la abertura de la brecha superconductora en los estados de la superficie topológica, así como su variación esperada con el nivel de Fermi, revela de manera convincente que el β-Bi2Pd es un candidato prometedor para el superconductor topológico. Picos salientes de conductancia de sesgo cero, probablemente de los modos cero de Majorana soportados por tales estados superconductores, se identificaron al final de las líneas de vórtice magnético.

"Esta investigación proporciona evidencia convincente de la superconductividad topológica en β-Bi2Pd y la firma de los modos cero de Majorana en los vórtices, "dijeron los investigadores, "y, lo que es más importante, apunta a una nueva vía para buscar estados de emparejamiento topológico en superconductores habituales que podrían exhibir una estructura de bandas topológicamente no trivial mediante la ingeniería del nivel de Fermi".