Suprajohtavuus, yksi molekyyli ja Majorana

Tutkijat ovat saaneet materiaalin suprajohtavuuden tunkeutumaan läheiseen normaaliin metalliin yhden molekyylin kautta. He osoittivat, että tätä vaikutusta voitiin hallita, ja sanoivat, että tämä ohjaus voisi mahdollistaa niin kutsuttujen Majorana-kvasihiukkasten luomisen, joita monet tutkimusryhmät tutkivat tulevaisuuden kubitteina kvanttitietokoneille.

Suprajohtavuuden leviämistä suprajohteen kanssa kosketuksiin joutuneeseen normaaliin metalliin on tutkittu vuosikymmeniä. Nämä kokeet tehdään tyypillisesti ohuilla materiaalikalvoilla. Vaikutuksen taustalla olevaa mikroskooppista mekanismia – Andreevin heijastuksena tunnettu muunnos normaalista supervirtaan – voi kuitenkin olla vaikea hallita, ja ohjaus on välttämätöntä ilmiön sovelluksille.

Yksi tällainen sovellus sisältää suprajohtavien elektroniparien (Cooper-parien) siirtämisen ferromagneettisiksi nanorakenteiksi, sanoo Lorenz Meyer Ilmenaun teknillisestä yliopistosta Saksasta. Teoreetikot ennustavat, että tällainen siirto voisi johtaa eksoottisten kvanttitilojen muodostumiseen, jotka tunnetaan Majorana-kvasihiukkasina nanorakenteessa.

Ohjatun rajapinnan luomiseksi prosessille Meyer kollegoineen asettivat yksittäisiä ftalosyaniinimolekyylejä (eräänlainen väriaine) suprajohtavalle lyijyn pinnalle. Normaalista metallista valmistettu pyyhkäisy-tunnelointimikroskoopin (STM) kärki laskettiin sitten alas lähestymään ja lopulta koskettamaan yhtä flaton molekyyleistä. "Tämä on erityinen tilanne, koska normaalimetallilla ja suprajohteella on nyt rajapinta, joka on pelkistynyt yhdeksi molekyyliksi", Meyer sanoo.

"Tämä työ esittelee uudenlaisen lähestymistavan magnetismin ja suprajohtavuuden välisen kytkennän virittämiseen yksinkertaisesti säätämällä kärjen ja näytteen etäisyyttä suprajohteen tukemassa järjestelmässä", sanoo He Zhao, joka tutkii materiaaleja, joilla on eksoottisia ominaisuuksia Floridan osavaltion yliopistossa.

Hän huomauttaa, että magnetismin ja suprajohtavuuden välisen vuorovaikutuksen ymmärtäminen - jotka ovat usein ristiriidassa - on välttämätöntä epätavanomaisten suprajohtavien tilojen tutkimiseksi.

Tutkimuksen yhteenvetona tutkijat toteavat, että Andreev heijastusmekanismin tehokkuutta yksimolekyylisessä kosketuksessa voidaan virittää lähellä Fermi-tasoa olevan elektronisen resonanssin energialla.

Tämä löytö tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden hallita läheisyysvaikutusta normaalimetallina ja suprajohteen rajapinnassa, mikä on erityisen houkutteleva magneettisia materiaaleja sisältävissä liitännöissä, koska ne voivat havainnoida epätavanomaista pariliitosta ja Majorana-sidotun tilan rakentamista.

Aiheesta aiemmin:

Eksoottista suprajohtavuutta

Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa

Tutkimus: Control of Andreev Reflection via a Single-Molecule Orbital