美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)成功創(chuàng)建出一種新材料組合，可提供一個(gè)平臺(tái)來(lái)探索類似于手性馬約拉納粒子的物理行為。這種材料融合體不但具有特殊的電學(xué)特性，還擁有超導(dǎo)性所需的所有組件，被認(rèn)為是未來(lái)量子計(jì)算中一個(gè)極有前途的“選手”。研究成果于8日在線發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
當(dāng)超導(dǎo)體與磁性拓?fù)浣^緣體結(jié)合在一起時(shí)，每個(gè)組件的新穎電特性共同產(chǎn)生“手性拓?fù)涑瑢?dǎo)體”。而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即物質(zhì)的特殊幾何形狀和對(duì)稱性，在超導(dǎo)體中能產(chǎn)生獨(dú)特的電現(xiàn)象，可促進(jìn)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的構(gòu)建。
但手性拓?fù)涑瑢?dǎo)的實(shí)現(xiàn)需要3個(gè)要素：超導(dǎo)性、鐵磁性和拓?fù)湫蛐再|(zhì)。
團(tuán)隊(duì)運(yùn)用分子束外延技術(shù)，將磁性拓?fù)浣^緣體和鐵硫族化合物（FeTe）堆疊在一起，成功開發(fā)出一個(gè)同時(shí)具備這3種特性的系統(tǒng)。拓?fù)浣^緣體是鐵磁體，電子以相同方式旋轉(zhuǎn)；鐵硫族化合物是一種極有前景的利用超導(dǎo)性的過(guò)渡金屬，是一種反鐵磁體，其電子以交替方向旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)研究人員通過(guò)各種成像技術(shù)來(lái)表征這一組合材料的結(jié)構(gòu)和電性能后，證實(shí)在材料之間的界面處，存在手性拓?fù)涑瑢?dǎo)性的所有3個(gè)關(guān)鍵要素。而通常情況下，超導(dǎo)性和鐵磁性是“競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系”，在鐵磁材料系統(tǒng)中很少能找到強(qiáng)大的超導(dǎo)性。
研究人員相信，該系統(tǒng)有助于尋找一種與馬約拉納粒子具有類似行為的材料系統(tǒng)。馬約拉納粒子是1937年首次假設(shè)出的亞原子粒子，能充當(dāng)自己的反粒子。這種特性可使它們用作量子計(jì)算機(jī)中的量子比特，而為手性馬約拉納的存在提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)，將是創(chuàng)建拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的關(guān)鍵一步。
