Forskere opdagede tip-induceret ukonventionel superledning på Weyl-halvmetaller

For nylig, Prof. Jian Wang og samarbejdspartnere opdagede tip-induceret ukonventionel superledning ved hård punktkontakt på Weyl semi-metal TaAs-krystaller, hvilket kan være topologisk ikke-trivielt. Topologiske superledere har tiltrukket sig stor opmærksomhed for deres evne til at være vært for Majorana nul-tilstande, som kunne bruges i topologisk kvanteberegning. Derfor, denne opdagelse åbner ikke kun en ny vej til at undersøge de nye superledende tilstande baseret på Weyl-materialer, men demonstrerer også en ny metode til at inducere potentiel topologisk superledning ved hard-point kontakt modulering på ikke-superledende topologiske materialer. Dette værk er udgivet i Videnskabsbulletin .

Topologiske superledere viser et superledende hul i bulktilstand, men understøtter spalteløse Majorana-fermioner eller Majorana-nul-tilstande i grænsen. Majorana nul-tilstandene adlyder ikke-abelske statistikker, og kan anvendes til topologisk kvanteberegning og til at bygge en fejltolerant kvantecomputer.

I 2016 Prof. Jian Wang i samarbejde med Prof. Jian Wei, Prof. Xiong-Jun Liu, Prof. X. C. Xie og Prof. Shuang Jia ved Peking Universitet rapporterede om ukonventionel superledning induceret af hård punktkontakt på 3-D Dirac semi-metal CD ₃ Som ₂ krystaller ( Naturmaterialer 15, 38 (2016)). Resultaterne afslører en ny måde at detektere og studere potentiel topologisk superledning ved at bruge hård spids/punktkontakt på topologiske ikke-trivielle materialer, hvilket er forskelligt fra den fremherskende proximity effekt metode til at realisere topologisk superledning og Majorana fermioner.

Weyl fermion, en længe søgt masseløs Dirac fermion med bestemt chiralitet, er blevet realiseret som lavenergi-excitation omkring et Weyl-punkt i et Weyl-halvmetal, som besidder Weyl fermionkegler i bulk og ikke-trivielle Fermi-buetilstande på overfladen. Da de er topologiske Fermi-overflader, Weyl-halvmetaller kunne være naturlige kandidater til realisering af topologiske superledere, hvis superledning kan induceres. For nylig, Prof. Jian Wang og samarbejdspartnere rapporterede opdagelsen af ​​PtIr-spids-induceret ukonventionel superledning på ikke-superledende Weyl semimetalliske TaAs-enkeltkrystaller.

Punktkontaktspektroskopien udviser nul bias konduktans spids og dobbelt ledningsevne spidser, samt dobbelt ledningsevne dyk, som afslører karakteristika ved ukonventionel superledning. Desuden, kontrolforsøgene viser, at W-spidsen også kan inducere superledning, men den relativt bløde Au-spids kan ikke inducere superledning på TaAs-krystaller. Det betyder, at det lokale "enaksede" tryk og dopingeffekt omkring punktkontaktområdet er vigtige for fremkomsten af ​​superledning. Teoretisk undersøgelse tyder yderligere på, at den inducerede superledningsevne på TaAs kan have ikke-triviel topologi. Dermed, dette arbejde demonstrerer en effektiv metode til at detektere og studere topologisk superledning ved at bruge hård tippunktkontakt på ikke-superledende topologiske Weyl-halvmetaller.

Forskerne har også tidligere studeret Au ₂ Pb-superledere ved hårde punktkontaktmålinger. Når den "bløde" Au-spids bruges, den superledende overgangstemperatur opnået ved punktkontaktspektroskopi er det samme som resultatet opnået ved standard fire-elektrodemåling. Imidlertid, når "hård" W-spids bruges, den superledende overgangstemperatur opnået ved punktkontaktspektroskopi er væsentligt forbedret. Disse resultater viser yderligere, at punktkontaktmålingsteknikken er pålidelig til at inducere og detektere superledning og kunne blive en universel metode til at realisere ny superledning på topologiske ikke-trivielle materialer.

Punktkontaktmåling blev tidligere overvejet i nogle få tilfælde for at studere superledende materialer. Dette arbejde rapporterer den udviklede teknik til at inducere superledning på ikke-superledende topologiske materialer ved at bruge ikke-superledende spids (hård punktkontakt), forskellig fra tidligere punktkontakteksperimenter, hvor prøverne selv er superledere. Derfor, den nuværende opdagelse kan motivere flere undersøgelser for fuldt ud at afsløre den topologiske superledning induceret af hård spids på topologiske materialer.