研究人员在拓扑绝缘体中展示了高温超导性

硒化铋/ BSCCO铜酸酯（Bi2212）异质结构的这种示意图显示出在硒化物拓扑绝缘体的表面状态上的接近诱导的高温超导间隙。

一支国际研究人员报告了拓扑绝缘体表面中的高温超导性的第一次演示。

可靠的量子计算将使可以解决比今天最强大的超级计算机更快的速度数百万倍的某些类型的极其复杂的技术问题。Quantum Computing可以解决的其他类型的问题甚至无法与当今最快的机器可行。关键词是“可靠”。如果要充分实现量子计算的巨大潜力，科学家必须学习创建“容错”量子计算机。通过中国清华大学和美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）在高级光源（ALS）工作的研究人员的国际合作实现了一个小小的迈出了这一目标。

在ALS的紫外线中使用紫外线的紫外线，该协作报告了拓扑绝缘体表面的高温超导的首次演示 - 一种独特的高级材料，即电绝缘内部但在表面上进行。在拓扑绝缘体的表面上诱导高温超导，打开大门以创建容错量计算的预先确定，这是一种神秘的Quasiparticle称为“Majorana零模式”。

“我们已经表明，通过接地拓扑绝缘体，硒化铋，具有高温超导体，BSCCO（氟甲基氧化钙氧化钙），可以在拓扑表面状态下诱导超导性，”员工科学家Alexei Fedorov说： ALS束线12.0.1，其中确认了拓扑绝缘体异质结构的诱导的高温超导性。“这是第一个报道拓扑表面状态诱导高温超导性的证明。”

该研究的结果在杂志中的杂志中呈现在标题为“由D波高温超导体诱导的Bi2Se3中的完全撕裂拓扑表面状态”的纸张中的纸张。相应的作者是北京市清华大学的舒云周和西辰。引导作者是eryin王和郝鼎，也与清华大学。王是目前居住的ALS博士学位。

对于所有无限的潜力，量子计算面临严重的缺陷。用于处理和存储信息的量子数据位或“qubit”是脆弱的并且容易被电子和周围环境中的电子和其他元素扰乱。利用拓扑绝缘体被认为是一个有希望的方法，用于解决这个“消失”问题，因为拓扑量子计算机中的QUBITS将由Majorana Zero模式制成，这自然免受脱机的影响。处理和存储在此类拓扑Qubits中的信息将始终保留。虽然ALS协作尚未在其铋硒/ BSCCO异质结构中识别Majorana Zero模式，但他们认为他们的材料是肥沃的胜利。

“我们的研究揭示了在BSCCO上生长时铋硒网拓扑绝缘体的薄膜的拓扑表面状态的大型超导配对差距，”Fedorov说。“这表明，Majorana Zero模式可能存在，绑定到这种材料中的磁性涡旋，但我们必须做出其他类型的测量来找到它。”

高质量的铋硒虫/ BSCCO拓扑薄膜异质结构是在Xi Chen和齐坤薛实验室的清华大学使用分子束外延。

“我们的研究是由高质量的拓扑绝缘体薄膜异性结构成为可能的，即陈和薛组成长，”周，在回到中国之前，她在ALS进行了大部分研究。“硒化铋和BSSCO陶瓷具有非常不同的晶体结构和对称性，这使得这种异质结构的生长特别具有挑战性。”

Chen说，“通过使用分子束外延仔细控制生长动力学，我们设法在新切割的BSCCO表面上生长具有受控厚度的拓扑绝缘膜。这提供了更清洁和更好的控制界面，并开辟了表面敏感测量的机会。“

将硒化铋/ BSCCO材料带到ALS，以使用称为ARPES的技术在其表面上研究电子状态，用于角度分辨的光学激光谱。在ARPES中，撞击材料表面的X射线光子引起电子的光曝光。然后测量这些光电子的动能和它们被弹出的角度以获得电子谱。

“以前关于拓扑绝缘体的工作仅在少数kelvin揭示超导性，差距约为一毫升伏特，”Fedorov说。“这种小的能量尺度和超低温度使得实际上实现Majorana零模式并与其他州区分这些模式来实现特别具体挑战。使用ARPES，我们证明了在材料表面上持续到BSCCO的过渡温度的超导间隙。由于我们异质结构中的间隙和转变温度反映了对以前的工作的几乎增加了数量级，我们相信我们是一个更好的系统，用于搜索Majorana Zero Modes。“

该研究主要受到中国国家自然科学基金的支持。

出版物：Eryin Wang等，“由D波高温超导体诱导的Bi2Se3薄膜中的”完全受到的拓扑表面状态“，”2013年的自然物理学; DOI：10.1038 / nphys2744

图像：劳伦斯·伯克利国家实验室