Spin-polariseret overfladetilstande i superledere

Når det kommer til helt nyt, hurtigere, mere kraftfulde computere, Majorana fermioner kan være svaret. Disse hypotetiske partikler kan gøre et bedre stykke arbejde end konventionelle kvantebits (qubits) af lys eller stof. Hvorfor? På grund af den uhyggelige måde interagerer Majorana fermioner med hinanden på afstand. Når to fermioner interagerer, de spreder normalt energi, der henviser til, at to Majoranas er viklet ind og bevarer kvantetilstanden. Men hvor finder man disse unikke partikler? Forskere observerede en unik tilstand på overfladen af ​​et superledende materiale fremstillet af lige store dele bismut og palladium. Selvom det ikke var vært for de længe efterspurgte hypotetiske Majorana fermioner, det vil stimulere yderligere søgning efter materialer, der gør, baner en mulig vej for nye computerarkitekturer.

Undersøgelsen giver vital indsigt i oprindelsen til superledningsevne og påvisning af Majoranas på Dirac -punkter på overfladen i forhold til hovedparten. På tur, resultaterne kan hjælpe, en dag, identificere Majorana fermioner. Disse partikler kan ændre vores måde at designe kvantecomputere på.

I betragtning af deres betydelige anvendelsespotentiale, fra quantum computing til informationsteknologier, noncentrosymmetric (NCS) superledere har tiltrukket betydelig eksperimentel og teoretisk interesse. I nærvær af spin-orbit-kobling, disse materialer er potentielle kandidater til topologisk superledning, der er vært for beskyttede Majorana fermion overfladetilstande. Imidlertid, bevis for topologiske superledende overfladetilstande, og spin-orbit kobling, i NCS -materialer er knappe.

Dette arbejde har afsløret eksistensen af ​​spin-polariserede overfladetilstande i NCS-materialet BiPd, giver enestående indsigt i den elektroniske struktur og identificerer en potentiel vej til de undvigende Marjorana fermion overfladetilstande. Forskere gennemførte en systematisk højopløst vinkelopløst fotoemissionsspektroskopi (ARPES) og spin-resolveret ARPES-undersøgelse af elektroniske og spin-egenskaber i denne superleders normale tilstand.

Den detaljerede foton energi, temperaturafhængige og centrifugerede ARPES-målinger, suppleret med første-principper elektroniske strukturberegninger, demonstrerede tilstedeværelsen af ​​overfladetilstande ved højere bindingsenergi med placeringen af ​​Dirac -punktet på omkring 700? meV under Fermi -niveauet. Selvom disse resultater ophæver eksistensen af ​​topologisk superledning i BiPd, de giver vigtige oplysninger til identifikation, og i tide styring gennem elektrisk port, topologisk beskyttede overfladetilstande i NCS -materialer, der kunne skabe en ny klasse af kvanteenheder baseret på Majorana fermioner.