El estaneno es un aislante topológico compuesto por átomos típicamente dispuestos en un patrón similar a los del interior del grafeno. Se ha descubierto que las películas de Stanene son prometedoras para la realización de numerosas fases físicas intrigantes, incluida la fase de Hall de espín cuántico y la superconductividad intrínseca.

Algunos estudios teóricos también sugirieron que estas películas podrían albergar superconductividad topológica, un estado que es particularmente valioso para el desarrollo de la tecnología de computación cuántica. Sin embargo, hasta ahora, los estados de borde topológicos en estaneno no se habían observado de manera confiable y consistente en entornos experimentales.

Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Henan, la Universidad de Zhengzhou y otros institutos en China han demostrado recientemente la coexistencia de estados de borde topológicos y superconductividad en películas de estano de una a cinco capas colocadas en el Bi (111) sustrato. Sus observaciones, descritas en un artículo publicado en Physical Review Letters , podría tener implicaciones importantes para el desarrollo de dispositivos cuánticos basados ​​en Stanene.

"El presente trabajo es un último paso adelante en nuestra investigación sistemática después de nuestro trabajo anterior publicado en 2015, que representó el primer informe sobre el crecimiento exitoso de una capa monoatómica (ML) de estaneno", Jinfeng Jia, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, dijo a Phys.org. “El reto ha sido, en ese momento, el Bi₂ Te₃ El sustrato impone una tensión de compresión a la capa de estaneno, lo que lleva a una superposición desfavorable entre sus bandas de conducción y valencia".

Sobre la base de hallazgos anteriores, el equipo de Jia y otros grupos de investigación en todo el mundo han estado tratando de realizar superconductividad topológica en estaneno colocado en varios sustratos con restricciones de red más grandes que Bi₂ Te₃ , ya que estos podrían retener la topología no trivial del estaneno. Sin embargo, hasta ahora muy pocos lo habían logrado.

Para construir tecnologías de computación cuántica eficientes basadas en películas de estano, los físicos primero tendrán que identificar un sustrato que pueda usarse para hacer crecer estano estable con propiedades topológicas no triviales y superconductividad intrínseca. Esto es lo que Jia y sus colegas se propusieron hacer en su artículo reciente.

"El objetivo final de nuestro artículo reciente es lograr el superconductor topológico en estaneno, un sistema de material de un solo elemento", dijo Jia. "Un sustrato tan deseable fue identificado por nuestro estudio teórico más reciente, que apunta al sustrato Bi(111)".

En sus experimentos, Jia y sus colegas recolectaron medidas utilizando microscopía de túnel de barrido y espectroscopía a una temperatura ultrabaja de 400 mK. Estos métodos les permitieron detectar estados de borde topológicos localizados en sus muestras de estaneno en la escala nanométrica y confirmar el emparejamiento superconductor en el material.

"Nuestros cálculos de primeros principios confirmaron aún más la topología no trivial de esas películas y la importancia vital del acoplamiento orbital de espín significativo proporcionado por el sustrato Bi (111)", explicó Jia. "También demostramos que el hidrógeno es indispensable para alterar el modo de crecimiento para que crezca sin problemas y capa por capa".

El trabajo reciente de este equipo de investigadores demuestra de manera concluyente la coexistencia de estados de borde topológicos y superconductividad en películas de estaneno. En contraste con otras realizaciones previas de estos estados, en su muestra estas dos propiedades están incluidas dentro de un sistema de un solo elemento, en lugar de una heteroestructura complicada.

Las cortas longitudes de penetración bilateral de los estados de borde observadas por Jia y sus colegas son particularmente favorables para el desarrollo de dispositivos conductores de baja pérdida con canales de borde densos. Además, la plataforma de película de estaneno identificada por los investigadores podría permitir el desarrollo de dispositivos informáticos cuánticos topológicos basados ​​en menos capas de estaneno.

"Para el sistema de estaneno/Bi (111), el siguiente paso es identificar la simetría de emparejamiento de su superconductividad y realizar los modos cero de Majorana mediante la creación de límites para el canal de borde de bucle cerrado", agregó Jia. "El objetivo de nuestro grupo, a largo plazo, es realizar la operación de trenzado de los modos Majorana e incluso impulsar la computación cuántica topológica". + Explora más

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