Kredit:Canadian Light Source
Ryan Day studerar supraledare. Material som leder elektricitet perfekt, förlorar ingen energi till värme och motstånd. Specifikt studerar forskaren vid University of California, Berkeley hur supraledare kan samexistera med sina motsatser; isoleringsmaterial som stoppar flödet av elektroner.
Materialen som kombinerar dessa två motsatta tillstånd, kallade topologiska supraledare, är förståeligt nog konstiga, svåra att karakterisera och konstruera, men om man kunde designa dem ordentligt skulle de kunna spela en viktig roll i kvantberäkningar.
"Varje dator är benägen att göra fel, och det är inte annorlunda när du går över till kvantberäkningar – det blir bara mycket svårare att hantera. Topologisk kvantberäkning är en av de plattformar som tros kunna kringgå många av de vanligaste källorna till fel", säger Day, "men topologisk kvantberäkning kräver att vi tillverkar en partikel som aldrig tidigare har setts i naturen."
Day kom till den kanadensiska ljuskällan vid University of Saskatchewan för att använda QMSC-strållinjen, en anläggning byggd för att utforska exakt dessa typer av frågor i kvantmaterial. Funktionerna utvecklades under ledning av Andrea Damascelli, vetenskaplig chef för Stewart Blusson Quantum Matter Institute vid UBC, som Day var doktorand med vid tidpunkten för denna forskning.
"QMSC har utvecklats för att ha mycket fin kontroll över ett mycket brett spektrum av energier, så att du verkligen kan få exceptionellt exakt information om elektronerna när de rör sig i alla möjliga riktningar", sa Day.
Hans experiment, utfört vid temperaturer runt 20 grader över absolut noll, syftade till att lösa motstridiga resultat i den existerande forskningen om supraledare med topologiska tillstånd.
"Experimenten som hade gjorts innan vårt var riktigt bra, men det fanns vissa motsägelser i litteraturen som behövde förstås bättre", förklarade han. Fältets relativa nyhet, i kombination med de ovanliga egenskaper som material uppvisar i de energiområden som används för denna forskning, gjorde att det var svårt att reda ut vad som pågick med de topologiska tillstånden.
I sina experiment observerade Day att de topologiska tillstånden var inbäddade i ett stort antal andra elektroniska tillstånd som hämmar litiumjärnarsenid - det supraledande materialet han studerar - från att uppvisa topologisk supraledning. Baserat på sina mätningar vid CLS har han föreslagit att detta problem kan kringgås genom att helt enkelt sträcka materialet.
Resultaten av detta arbete, publicerade i Physical Review B , ge ytterligare bevis för att litiumjärnarsenid stöder topologiska tillstånd på sin yta, nyckeln till att potentiellt använda materialet i kvantberäkning. Det avslöjar också potentiella utmaningar för tekniska material för dessa applikationer, ett område för framtida forskning.
"Genom att göra de här experimenten kan vi förstå det här materialet på ett mycket bättre sätt och börja fundera på hur vi faktiskt kan använda det, och sedan bygger förhoppningsvis någon en kvantdator med det och alla vinner." + Utforska vidare
