Uusi laji kvanttieläintarhassa

Viime vuonna Columbian tutkijat laajensivat kvanttieläintarhaa löytämällä tusinan verran uusia kvanttitilojen "lajeja" erityisestä kaksiulotteisten (2D) materiaalien luokasta, jotka muodostavat moiré-superhilan pinottaessa ja kierrettäessä. 

Xiaoyang Zhun johdolla tutkijat ovat ahkerasti oppineet lisää näistä aiemmin piilossa olevista tiloista, mukaan lukien yhdestä, joka voisi olla murto-osainen topologinen eriste.

”Tämä on todennäköisesti ensimmäinen kokeellinen näyttö halutusta kvanttifaasista, osittaisesta topologisesta eristeestä, joka on pysynyt teoreettisena ennusteena viimeiset 15 vuotta”, sanoi nanotieteiden professori Zhu.

Murto-osainen topologinen eriste (FTI) eristää kaksiulotteisessa tilassa, mutta johtaa sähköä "kierteisten reunamuotojen" kautta, jotka kuvaavat vastakkaisiin suuntiin eteneviä "spin ylös" ja "spin alas" -kanavia, jotka säilyttävät aikakäännössymmetrian. Tämän tilan topologinen luonne voi tehdä näistä reunavirroista kestäviä materiaalin epätäydellisyyksille ja ulkoisille häiriöille. Kvanttilaskentayhteisö on kiinnostunut topologisista tiloista keinona tallentaa ja käsitellä kvantti-informaatiota minimoiden samalla virheitä.

Nykyinen tutkimusartikkeli julkaistiin tutkimuksen ensimmäisten kirjoittajien, jatko-opiskelija Gillian Minarikin ja postdoc Yiping Wangin, johtamina.

Tutkijoiden mittaukset paljastivat hauraan antiferromagneettisen faasin, jossa elektronien spinit osoittavat vuorotellen ylös ja alas kohtisuoraan materiaaliin nähden. Tämä käyttäytyminen on epätavallista moiré-järjestelmille ja vastaa teoreettisia ennusteita kahdesta toisiinsa kietoutuneesta osittaisesta Chern-eristeestä koostuvasta murto-osaisesta topologisesta eristeestä, joiden reunavirrat kulkevat vastakkaisiin suuntiin.

”Tämän löydön vaikutukset ovat erittäin jännittäviä ja ulottuvat kauan etsityn oletetun FTI:n ulkopuolelle”, Minarik sanoi. ”Jos tämä on totta, kahden vastakkaisen kiraalisuuden omaavan FCI-kopion sitoutuminen tarjoaa ensimmäisen todisteen murtolukuvarausten pariutumisesta ensimmäisessä Chern-vyöhykkeessä.

Tämä havainto tasoittaa tietä eksoottisempien pariutumisen kautta stabiloitujen topologisten tilojen, kuten ei-abelilaisten anyonien, toteuttamiselle, joilla on erityistä lupausta vikasietoisessa kvanttilaskennassa. Tämä on vasta alkua.”

Aiheesta aiemmin

Tutkijat löysivät koherentteja ferroneja

Moiré-superhila ja neliulotteinen kvanttimaailma

Kohti vikasietoisia kubitteja