Kiraalisen suprajohtavuuden sormenjälki

Huolellisesti suunnitellun kokeen ja kourallisen tina-atomien avulla University of Tennessee, Knoxvillen fyysikot ovat löytäneet kauan etsityn suprajohtavuuden muodon ja ottaneet jälleen yhden askeleen kohti räätälöityjen kvanttimateriaalien luomista.

Tutkijat ovat tienneet suprajohtavuudesta yli vuosisadan mutta kiraalinen suprajohtavuus on toinen juttu. Tässä elektroniparit hylkäävät tyypillisen symmetrian ja kiertyvät tyypilliseen vasen- tai oikeakätisyyteen. Tutkijat ovat etsineet tätä faasia vuosikymmeniä, koska sillä on lupauksia kvanttiteknologioille.

Vuonna 2023 kanslerin professori Hanno Weitering ja Bains-professori Steve Johnston julkaisivat Nature Physics -lehdessä havaintoja, joiden mukaan tina-atomien strateginen sirottelu piipohjan yli voisi johtaa suprajohteeseen. He ehdottivat, että järjestelmä voisi olla myös mahdollinen kiraalinen suprajohde.

Nyt julkaistu työ tarjoaa aiheesta uusia todisteita.

Weiteringin mukaan tina-pii-materiaalin rakenteellinen ja elektroninen yksinkertaisuus on avain kiraalisuuden havaitsemiseen. Monimutkaisemmilla materiaaleilla on päällekkäisiä tiloja ja useita vuorovaikutuksia, jotka voivat peittää paljastavia kuvioita.

Tässä järjestelmässä yksi kolmasosa tinakerroksesta tarkoittaa atomien hallittua kerrostumista suhteellisen kaukana toisistaan piikerrokselle. Nämä atomit järjestäytyvät spontaanisti siististi järjestyneeksi kolmiohilaksi. Geometria on tärkeä.

”Korkean lämpötilan kupraattisuprajohteissa kiraalisuutta ei esiinny, koska niillä on neliömäinen hila”, Weitering sanoi, mikä antaa tulokseksi erilaisen faasin. ”Mutta tinakerroksessa kiraalisuutta esiintyy, koska hila ei ole neliömäinen. Se on kolmio.”

Nähdäkseen kiraalisen suprajohtavuuden tunnusomaisen sormenjäljen hän ja hänen kollegansa kääntyivät kvasihiukkasten interferenssikuvantamisen eli QPI:n puoleen. Tämä tutkimus voisi toimia mallina QPI:n käyttämiselle muiden epätavanomaisten suprajohtavuuden muotojen löytämiseksi.

”Useimmat suprajohteet löydetään sattuman kautta”, Weitering sanoi. ”Tällä kertaa kaikki oli suunniteltu.”

Hän jatkoi, että kiraaliset suprajohteet ovat topologisia ja ”ihmiset ovat innoissaan topologisista järjestelmistä, koska voisimme käyttää topologisia suprajohteita esimerkiksi kvanttilaskennan kubittien rakentamiseen”.

”Topologiset järjestelmät ovat siinä mielessä mielenkiintoisia, että topologinen ominaisuus ei ole paikallinen”, Weitering sanoi. ”Se on globaali ja paljon vähemmän herkkä häiriöille.”

Aiheesta aiemmin:

Majorana-hiukkasia omituisesta suprajohteesta

3D-tulostettu suprajohde