二維超導材料上的磁場“納米星星”

　　法國和俄羅斯科學家日前在二維超導材料上發(fā)現(xiàn)一種特殊的磁場擾動，就像一個個微小的振蕩星。這些激發(fā)態(tài)由摻入超導材料的磁性原子產(chǎn)生，這意味著“于淥—芝巴—魯西諾夫”狀態(tài)(YSR態(tài))鏈不只是理論，在實驗中也可以觀察到。研究人員稱，這一成果或為制造量子計算機開辟新途徑。

　　YSR態(tài)由中國物理學家于淥和日本、蘇聯(lián)科學家在上世紀60年代分別提出。他們預測，摻入超導材料中的磁性原子一定會在其周圍形成一種特殊的激發(fā)態(tài)——電子—空穴駐波，這被稱為“于淥—芝巴—魯西諾夫”狀態(tài)。根據(jù)計算，圍繞這些YSR態(tài)會可能形成拓撲導電區(qū)，電流在此只能向一個方向流動。

　　據(jù)俄羅斯莫斯科物理技術學院(MIPT)近日消息，在其超導系統(tǒng)拓撲量子現(xiàn)象實驗室指導下，巴黎高科高等物理化學所教授德米特里·羅迪切夫構建了超低溫掃描隧道顯微鏡，讓研究人員首次觀察到高質量的YSR態(tài)現(xiàn)象。

　　實驗中所用的二維超導材料是二硒化鈮晶體。研究人員觀察到的YSR態(tài)被束縛在摻入二維超導材料的磁性原子周圍，而且在二維系統(tǒng)中，磁擾動跨越的距離更遠、更穩(wěn)定。如果能將它們排成合適陣列，有望用在量子電子器件中。

　　MIPT超導系統(tǒng)拓撲量子現(xiàn)象實驗室主管瓦西里·斯托雅羅夫表示，他們證明了用二維材料而不是三維材料，會使YSR態(tài)的空間擴大幾十納米，比在一般三維超導材料中大10倍。射線沿著二硒化鈮晶格軸發(fā)出，形成的激發(fā)面就像一個六角電子星。這些“星星”更穩(wěn)定，更適于生成新的拓撲保護態(tài)。

　　多年來，科學家一直在嘗試多種方案構建量子計算機的要素基礎，但量子系統(tǒng)對外部影響極為敏感，用拓撲保護電子態(tài)來抵抗退相干是影響之一。研究人員指出，在二維超導體的磁原子鏈或磁原子團中可能造出更靈活的、避免退相干的拓撲保護量子態(tài)，從而為造出量子計算機開辟了新路線。相關論文發(fā)表在最近的《自然·物理學》雜志上。