Une étude recueille des preuves de la supraconductivité topologique dans le métal de transition 4Hb-TaS2


Une étude recueille des preuves de la supraconductivité topologique dans le métal de transition 4Hb-TaS2

Vue d’artiste d’une CDW topographique d’une couche supérieure 1T-TaS2 et d’une image spectroscopique de tourbillons sur la couche supraconductrice inférieure 1H-TaS2 avec un mode de schématique lié à l’interface. Source : Nayak et al.

Les supraconducteurs topologiques sont une classe de matériaux supraconducteurs caractérisés par des modes localisés en dessous de l’écart d’énergie zéro connu sous le nom d’états limites de Majorana (MBS). Ces matériaux sont très prometteurs pour le développement de la technologie de l’informatique quantique.

Des études antérieures ont observé des signatures de supraconductivité topologique dans une variété d’hétérostructures. Jusqu’à présent, cependant, les physiciens et les scientifiques des matériaux n’ont pu produire que quelques supraconducteurs intrinsèquement topologiques.

Des chercheurs de l’Institut Weizmann des sciences et du Technion en Israël ont récemment trouvé des preuves de la supraconductivité topologique dans le 4Hb-TaS. collecté2, un nouveau matériau créé par l’un de ses collègues. Votre article, publié dans Physique naturelle, pourrait avoir des implications importantes pour le développement futur de divers dispositifs quantiques.

« Début 2019, Amit Kanigel du Technion Institute of Technology a organisé un séminaire sur le 4Hb-TaS au Weizmann Institute of Science2, un composé fascinant qu’il avait récemment cultivé et mesuré, « Nurit Avraham, Abhay Kumar Nayak et Haim Beidenkopf, trois des chercheurs qui ont mené l’étude, ont dit à Phys.org la relaxation de spin, ce qui peut signifier briser la symétrie à travers l’inversion du temps, simultanément avec la supraconductivité , qui faisait allusion à l’existence d’une supraconductivité topologique à cet égard.

Après avoir assisté au séminaire de Kanigel, l’équipe de Weizmann s’est mise à examiner le composé exotique qu’il avait découvert en utilisant une technique connue sous le nom de microscopie à effet tunnel (STM). Les microscopes à tunnel à balayage sont des instruments qui peuvent être utilisés pour collecter des images à l’échelle atomique et des mesures spectroscopiques de la du matériau.

Une caractéristique essentielle de la supraconductivité topologique est la présence de modes de bord de Majorana aux bords d’un matériau, qui peuvent être directement observés et caractérisés à l’aide des techniques STM. Le séminaire de Kanigel au Technion a donc inspiré les chercheurs à rechercher des preuves expérimentales de la supraconductivité topologique dans le 4Hb-TaS. chercher2.

« Dans notre laboratoire, nous utilisons la microscopie à effet tunnel et la cartographie spectroscopique », explique Beidenkopf. « Ce qui était particulièrement excitant avec le polytype 4Hb de TaS2 était qu’il imbriquait des couches supraconductrices 1H avec des couches isolantes 1T Mott. Par conséquent, simplement en clivant et en exposant les différentes terminaisons, nous pourrions explorer l’interaction mutuelle entre ces différents états corrélés. »

Une étude recueille des preuves de la supraconductivité topologique dans le métal de transition 4Hb-TaS2

12 nœuds sont induits par le d’appariement crossorbital dans la zone de Brilluin. Leur projection sur des bords différents conduit au caractère anisotrope des modes de bordCrédit : Nayak et al.

Dans les premières images topographiques qu’ils ont recueillies, les chercheurs ont observé une indication de la forte interaction entre les couches 1T et 1H dans le matériau Kanigel synthétisé. Plus précisément, ils ont révélé l’empreinte des ondes de densité de charge sur la couche 1H en raison de sa proximité avec la couche 1T en dessous.

L’équipe a ensuite mesuré la supraconductivité de la couche 1H et a constaté que l’écart supraconducteur était significativement peu profond. Cela indiquait que ce vide était comblé par des états électroniques dans le vide.

« Nous avons plus tard identifié l’existence de modes de bord le long des limites de la couche supraconductrice », a déclaré Avraham, et des régions exposées sans couche 1T sur le dessus. Ceci est lié à notre première observation, qui suggère que bien que la supraconductivité reste continue à travers la couche 1H, elle change sa classification topologique en raison de l’interaction avec les couches 1T voisines.

Une autre découverte qui a confirmé la nature topologique de la supraconductivité dans la couche 1H du matériau a été la visualisation de pics de conductivité à polarisation nulle sur les noyaux de vortex. Cela a permis aux chercheurs de produire des preuves très solides de la supraconductivité topologique intrinsèque du 4Hb-TaS. collecter2. Ils ont ensuite commencé à travailler avec un groupe de théoriciens pour émettre des hypothèses sur les mécanismes d’accouplement interorbitaire qui pourraient aider les phénomènes exotiques qu’ils ont observés.

« Bien que les isolants topologiques et même les semi-métaux soient maintenant abondants, la liste des supraconducteurs topologiques dans les matériaux naturels est extrêmement courte », a déclaré Nayak. « Il comprend SrRO2 et FeSeTe et plusieurs candidats autres que Ute2. D’où l’ajout de 4Hb-TaS2 Il y a des nouvelles passionnantes sur cette liste car elle abrite également des états fortement corrélés et sa structure de couche peut être modifiée de 1T à 1H par manipulation locale à la pointe. »

Les résultats recueillis par cette équipe de recherche suggèrent que le composé exotique réalisé par Kanigel est intrinsèquement un supraconducteur topologique. À l’avenir, ce matériau pourrait donc s’avérer particulièrement précieux pour le développement d’ordinateurs quantiques et d’autres outils de traitement de l’information quantique. En attendant, l’équipe Weizmann et ses collègues prévoient 4Hb-TaS. d’enquêter plus loin2, notamment en vue du devenir de l’état d’isolement de Mott sur la couche 1T en présence de la couche métallique 1H.

« Nous avons des indications préliminaires d’une condition exotique qui se forme sur la couche 1T. Son développement avec la supraconductivité n’est pas clair non plus. » Avraham, Nayak et Both Head ont ajouté. « Peut-être que ces informations supplémentaires nous apporteront une compréhension saine du 4Hb-TaS. plus proche2, où la supraconductivité topologique aux terminaisons 1H est un aspect passionnant.  »


Observation de la supraconductivité non triviale à la surface du semi-métal Weyl de type II


Plus d’information:
Abhay Kumar Nayak et al., Preuve de modes limites topologiques avec supraconductivité des nœuds topologiques, Physique naturelle (2021). DOI : 10.1038 / s41567-021-01376-z

© 2021 Réseau Science X

Citation: Une étude des preuves de la supraconductivité topologique dans le métal de transition 4Hb-TaS2 (2021, 11 novembre), consulté le 14 novembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-evidence-topological-superconductivity-transition-metal .html

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