Sökandet efter Majorana fermioner, partiklar som är deras egna antipartiklar, i topologiska supraledare är av yttersta vikt i kondensmaterialets fysik idag. Nyligen, ett forskargrupp ledd av professor Qi-Kun Xue från Tsinghua University i Kina har rapporterat experimentella bevis på topologisk supraledning nära ytan av epitaxiella β-Bi2Pd-filmer, och möjliga Majorana -nollägen vid magnetiska virvlar.

En topologisk superledare är superledande inuti massan som andra superledare, på gränsen/ytan, den har de eftersökta Majorana-fermionerna. Sådana ovanliga partiklar lyder icke-abelsk flätningsstatistik och har potential för feltolerant kvantberäkning, som teoretiskt kan fungera mer effektivt än nuvarande datorer. En handfull topologiska superledare har hittills föreslagits i topologiska isolatorer eller andra system med stark spin-orbital koppling när de är i kontakt med en superledare eller drivs in i superledande tillstånd genom kemisk dopning. Dock, liten uppmärksamhet har ägnats åt att söka efter topologiskt icke-trovärdig bandstruktur i klassiska s-vågs superledare.

Tetragonal β-Bi2Pd befanns vara superledande under 5,4 K 1957. Nyligen har vinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi har avslöjat att topologiskt skyddade ytband passerar Fermi-nivån för β-Bi2Pd. De två huvudkriterierna för att förverkliga topologisk supraledning finns inom denna enkomponentförening. Efterföljande experimentella sökningar efter den begravda topologiska supraledningen i β-Bi2Pd föll alla platta. Dock, forskarna vid Tsinghua University rapporterar nu topologiskt otrivliga supraledande tillstånd i β-Bi2Pd.

"Vi är motiverade att reda ut varför den topologiska supraledningen inte kunde observeras i alla tidigare studier av β-Bi2Pd-kristaller, det är nu känt att avstämning av den kemiska potentialen för att isolera de topologiska yttillstånden från bulkband nära Fermi -nivån är nyckeln till att observera sådana topologiskt otrivliga supraledande tillstånd, "sa Yanfeng Lv, den första författaren till denna studie, är nu en postdoktor vid Texas Center for Superconductivity, University of Houston.

Publicerad i tidskriften för Science Bulletin , studien använde en toppmodern molekylär stråleepitaxiteknik under ultrahöga vakuumförhållanden för att förbereda β-Bi2Pd tunna filmer av hög kvalitet på SrTiO3-substrat, som sedan överfördes in situ till en kryogen avsökningstunnelmikroskopikammare. Tunnelspektrumet avslöjade en uttalad och orenhetsbeständig supraledande gapöppning på ytan, som verkar mycket större än massan på grund av Dirac-fermion förbättrad paritetsblandning av ytparpotential. Den direkta visualiseringen av supraledande gapöppning på den topologiska ytan anger, liksom dess förväntade variation med Fermi -nivån, avslöjar övertygande β-Bi2Pd som en lovande kandidat för topologisk superledare. Framträdande noll bias konduktans toppar, förmodligen från Majorana nollägen som stöds av sådana supraledande stater, identifierades vid slutet av magnetiska virvellinjer.

"Denna forskning ger övertygande bevis på topologisk supraledning på β-Bi2Pd och signaturen av Majorana nollägen vid virvlar, "sa forskarna, "och ännu viktigare pekar på en ny väg för att söka topologiska parningstillstånd på vanliga superledare som kan uppvisa topologiskt icke -privat bandstruktur genom konstruktion av Fermi -nivå."