I en studie publicerad i Nature den 8 juni har ett gemensamt forskarlag under ledning av prof. Gao Hongjun från Institutet för fysik vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) rapporterat observation av ett storskaligt, ordnat och avstämbart Majorana-nollläge (MZM) gitter i den järnbaserade supraledaren LiFeAs, som ger en ny väg mot framtida topologiska kvantberäkningar.

MZM är nollenergibundna tillstånd som är begränsade till topologiska defekter hos kristaller, såsom linjedefekter och magnetfältsinducerade virvlar. De kännetecknas av scanning tunneling mikroskopi/spektroskopi (STM/S) som noll-bias konduktanstoppar. De lyder icke-abelsk statistik och anses vara byggstenar för framtida topologiska kvantberäkningar.

MZM har observerats i flera topologiskt icke-triviala järnbaserade supraledare, såsom Fe (Te_0,55 Se_0,45) , (Li_0,84 Fe_0,16 )OHFeSe och CaKFe₄ Som₄ . Dessa material lider emellertid av problem med legeringsinducerad störning, okontrollerbara och oordnade virvelgitter och det låga utbytet av topologiska virvlar, vilket alla hindrar deras vidare studier och tillämpning.

I denna studie observerade forskarna bildandet av ett ordnat och avstämbart MZM-gitter i den naturligt ansträngda supraledaren LiFeAs. Med hjälp av STM/S utrustad med magnetfält fann forskarna att lokal belastning finns naturligt i LiFeAs. Biaxial laddningsdensitetsvåg (CDW)-ränder längs Fe-Fe- och As-As-riktningarna produceras av stammen, med vågvektorer på λ1~2,7 nm och λ₂ ~24,3 nm. CDW med vågvektor λ₂ visar stark modulering på superledningsförmågan hos LiFeAs.

Under ett magnetiskt fält vinkelrätt mot provytan kommer virvlarna fram och tvingas att rikta in sig uteslutande längs As-As CDW-ränderna och bildar ett ordnat gitter. Den minskade kristallsymmetrin leder till en drastisk förändring i de topologiska bandstrukturerna på Fermi-nivån, vilket förvandlar virvlarna till topologiska som är värd för MZM och bildar ett ordnat MZM-gitter. Dessutom är MZM-gitterdensiteten och geometrin avstämbara av ett externt magnetfält. MZM:erna börjar kopplas ihop med varandra under höga magnetfält.

Denna observation av ett storskaligt, ordnat och avstämbart MZM-gitter i LiFeAs utökar MZM-familjen som finns i järnbaserade supraledare, vilket ger en lovande plattform för att manipulera och fläta MZM i framtiden, enligt forskarna.

Dessa fynd kan kasta ljus över studiet av topologisk kvantberäkning med järnbaserade supraledare. + Utforska vidare

Topologisk supraledning av högre ordning i enskiktsjärnbaserad supraledare