Bevis på unormalt stort superledende hul på topologisk overfladetilstand af β-Bi2Pd tynd film

Hong Dings gruppe fra Institute of Physics, Det kinesiske videnskabsakademi rapporterede, at det superledende hul i topologisk overfladetilstand er større end det for bulktilstande i β-Bi ₂ Pd tynde film ved hjælp af in-situ vinkelopløst fotoemissionsspektroskopi og molekylær stråleepitaksi. Deres resultater giver en ny platform til at stabilisere Majorana nul-energi tilstande ved en højere temperatur superleder, der har et stærkt forbedret topologisk superledende hul.

Majorana-bundne stater har tiltrukket sig videnskabsmænds interesser, og topologiske superledere (TSC'er) forudsiges at være vært for eksotiske Majorana-stater, der adlyder ikke-abelske statistikker og kan bruges til at implementere en topologisk kvantecomputer. For nylig, eksperimentelle videnskabsmænd giver stærke beviser for eksistensen af ​​Majorana nul-energi tilstand i hvirvelkerner i enkeltmateriale platforme af Fe(Te, Se) bulk-enkeltkrystaller og lignende forbindelser af jernbaserede superledere. Det superledende (SC) hul af topologisk overfladetilstand (ΔTSS) spiller en afgørende rolle i at beskytte MZM, at en større ΔTSS fører til en større energisk adskillelse mellem MZM og andre trivielle excitationer. β-Bi ₂ Pd, som kandidat til topologisk superleder, har nogle distinkte fysiske karakterer. Et tidligere scanning tunneling mikroskopi/spektroskopi eksperiment observerede store nul-bias konduktans toppe i line-cut målingen på tværs af dens SC hvirvler og fandt to SC huller (Δ1~1,0 meV og Δ2 ~3,3 meV) i β-Bi ₂ Pd-film dyrket ved molekylær stråleepitaksi (MBE), mens kun den mindste (Δ1) sammenligner med SC-gabet af β-Bi ₂ Pd bulk enkeltkrystal (Δb ~ 0,8 meV, Tc =5,4 K). For at forstå gåden med det unormalt større SC-gab, det er nødvendigt at studere den topologiske superledning i momentumrum.

I dette arbejde, ved at bruge in-situ vinkelopløst fotoemissionsspektroskopi (ARPES) kombineret MBE, Hong Dings gruppe fra Institute of Physics, Chinese Academy of Science dyrkede 20-UC β-Bi ₂ Pd tynde film med tetragonal struktur af MBE og studerede superledningsevnen ved in-situ ARPES. Den klare topologiske overfladetilstand blev observeret nær fermi-energi, som ejer unormalt større superledende mellemrum (~3,8 meV) målt ved temperaturafhængighedseksperimenter. Et nøglespørgsmål er så forskellen på tynd film og enkeltkrystal. Så vi målte også båndstrukturen af ​​enkeltkrystal dyrket af Youguo Shis gruppe ved "Dreamline"-strålelinjen af ​​Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF). Ved at måle β-Bi ₂ Pd bulk enkeltkrystal som en sammenligning, vi observerede tydeligt den opadgående forskydning af kemisk potentiale i filmen. En samtidig forøgelse af overfladevægten på den topologiske overfladetilstand blev afsløret ved første principberegning beregnet af Hongming Wengs gruppe, hvilket tyder på, at den Dirac-fermion-medierede paritetsblanding kan forårsage denne unormale superledende forbedring. Deres resultater fastslår β-Bi ₂ Pd-film som et unikt tilfælde af sammenhængende TSC'er med et stærkt forbedret topologisk superledende hul.

Deres resultater fastslår β-Bi ₂ Pd som kandidat til topologisk superleder med et stærkt forbedret topologisk superledende hul, som kan give en ny platform til at stabilisere Majorana nul-tilstande ved en højere temperatur.