Korkean lämpötilan Majoranat

Majoranan nollamoodit (MZM) ovat kollektiivisia elektronisia tiloja, jotka voivat mahdollisesti mahdollistaa virheettömän kvanttilaskennan.

Yleensä nämä tilat vaativat erittäin kylmiä olosuhteita – lähes absoluuttisen nollan lämpötiloja.

Uusi teoreettinen ehdotus kuvittelee MZM:n muodostuvan "leudossa" 90 Kelvinissä. Ajatus perustuu korkean lämpötilan suprajohteen kierrettyihin kaksoiskerroksiin, jotka on sijoitettu topologisen eristeen päälle. Ennustetut MZM:t olisivat suprajohtavia pyörteitä eristeen pinnalla.

MZM:n tekemiseen tarvitaan kaksi ainesosaa: suprajohtavuus ja spin-kiertoratakytkentä. Kahden suprajohteen yhdistävillä nanolangoilla tehtyjen kokeiden tulokset on aiemmin tulkittu MZM:iden ilmenemiseksi, mutta epäilyksiä on edelleen olemassa.

Monet ryhmät etsivät siksi MZM-vahvistusta muista kokeellisista kokoonpanoista. Eräs varhainen ehdotus sisälsi tavanomaisen suprajohteen kytkemisen topologiseen eristeeseen (TI) spin-orbit-kytkennällä, mutta kokeiluyritykset eivät löytäneet MZM-ilmiötä.

Marcel Franz University of British Columbiasta Kanadasta ja hänen kollegansa ovat tarkastelleet suprajohde-TI-ideaa, mutta heidän suunnittelussaan tarvitaan epätavallinen suprajohde - erityisesti korkean lämpötilan kupraattisuprajohde.

Kupraatit on jätetty huomiotta MZM-ehdotuksissa, koska niiden viritysspektrissä ei ole aukkoa. Avaamaton spektri tarkoittaa, että matalaenergiset viritteet peittävät MZM:n mahdolliset signaalit.

Franzin ja kollegoiden uusi suunnitelma ratkaissee tämän ongelman käyttämällä kahta kerrosta kupraatteja, joiden hiloissa on kulmapoikkeama. Tällä kierretyllä järjestelyllä varustetulla kaksoiskerroksella ennustetaan olevan haluttu energiarako.

Ryhmä mallinsi kokoonpanon, jossa oli kierrettyjä kupraattikerroksia topologisen eristeen päällä. Kun kiertymiskulma on lähellä 45°, jälkimmäisen on ennustettu muodostavan täysirakoisen topologisen suprajohteen jopa lämpötiloissa, jotka lähestyvät Tc 90 K:ta.

Majoranan nollamoodit näissä rakenteissa säilynevät ennennäkemättömän korkeissa lämpötiloissa, ja rajapinnan laadusta riippuen niitä voitaneen suojata suuremmilla aukoilla kuin muut ehdokasjärjestelmät.

Aiheesta aiemmin:

Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?

Majoranan metsästystä