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2024-02-09 09:49:46
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それぞれが特別な電気特性を持つ材料の新しい融合には、より堅牢な量子コンピューティングの基礎を提供できるユニークなタイプの超伝導に必要なすべてのコンポーネントが含まれています。 ペンシルバニア州立大学の研究者が率いるチームによって作成された材料の新しい組み合わせは、量子コンピューティングのもう1つの有望なコンポーネントであるキラルマヨラナとして知られる神秘的な理論粒子のそれに似た物理的挙動を探索するためのプラットフォームを提供する可能性もあります。
新しい研究は本日 (2 月 8 日) にオンラインで発表されました。 ジャーナル 科学。 この研究では、研究者らが現在取り組んでいる創発界面超伝導の実現に向けた重要なステップと呼ばれるもので、2つの磁性材料をどのように組み合わせたかについて説明している。
超電導体（電気抵抗のない材料）は、デジタル回路、磁気共鳴画像法（MRI）や粒子加速器の強力な磁石、および電気の流れを最大化することが重要なその他の技術で広く使用されています。 超伝導体を磁性トポロジカル絶縁体と呼ばれる材料（磁性を持たせ、電子の移動を端まで制限する原子数個分の薄膜）と組み合わせると、各成分の新しい電気特性が連携して「キラルトポロジカル超伝導体」が生成されます。 トポロジー、つまり物質の特殊な幾何学形状と対称性は、超伝導体内に独特の電気現象を生成し、トポロジー量子コンピューターの構築を容易にする可能性があります。
量子コンピューターは、データを 1 または 0 として保存する従来のコンピューターとは異なり、量子コンピューターの量子ビットがさまざまな可能な状態でデータを同時に保存するため、従来のコンピューターにかかる時間のほんのわずかな時間で複雑な計算を実行できる可能性があります。 トポロジカル量子コンピューターは、電気的特性が組織化され、デコヒーレンス (量子システムが完全に分離されていないときに発生する情報の損失) に対してコンピューターを堅牢にする方法を利用することで、量子コンピューティングをさらに改良します。
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無料で購読する「キラルトポロジカル超伝導体の作製は、広範な用途にスケールアップできるトポロジカル量子計算に向けた重要なステップです」と同氏は述べた。 チャン・クイズー、ヘンリー・W・クナーペンシルベニア州立大学の初期キャリア教授兼物理学准教授、および論文の共同連絡著者。 「キラルなトポロジカル超伝導には、超伝導、強磁性、そしてトポロジカル秩序と呼ばれる性質という 3 つの要素が必要です。 この研究では、これら 3 つの特性をすべて備えたシステムを作成しました。」
研究者らは、分子線エピタキシーと呼ばれる技術を使用して、磁性を持たせたトポロジカル絶縁体と、超伝導を利用するための有望な遷移金属である鉄カルコゲナイド（FeTe）を積層した。 トポロジカル絶縁体は強磁性体 (電子が同じ方向に回転する磁石の一種) ですが、FeTe は電子が交互の方向に回転する反強磁性体です。 研究者らは、さまざまなイメージング技術やその他の方法を使用して、得られた結合材料の構造と電気的特性を特徴付け、材料間の界面にキラルトポロジカル超伝導の3つの重要な要素がすべて存在することを確認した。
この分野におけるこれまでの研究は、超伝導体と非磁性トポロジカル絶縁体の組み合わせに焦点を当ててきた。 研究者らによると、強磁性体の追加は特に困難でした。
「通常、超伝導と強磁性は互いに競合するため、強磁性材料系で堅牢な超伝導が見つかることはまれです。」 チャオシン・リウ、ペンシルバニア州立大学の物理学教授であり、論文の共同責任著者。 「しかし、この系の超伝導は実際には強磁性に対して非常に堅牢です。 超電導を除去するには非常に強い磁場が必要になります。」
研究チームは、なぜこの系で超伝導と強磁性が共存するのかをまだ調査中です。
「非超伝導である 2 つの磁性材料があるため、実際には非常に興味深いものですが、それらを組み合わせると、これら 2 つの化合物の界面で非常に堅牢な超伝導が生成されます。」とチャン氏は述べました。 「鉄カルコゲナイドは反強磁性であり、その反強磁性特性が界面付近で弱まって超伝導が出現すると予想されていますが、これが正しいかどうかを検証し、超伝導メカニズムを解明するには、さらなる実験と理論的研究が必要です。」
研究者らは、このシステムがマヨラナ粒子（1937年に初めて仮説された理論上の素粒子）と同様の挙動を示す材料系の探索に役立つと信じていると述べた。マヨラナ粒子はそれ自身の反粒子として機能し、これにより潜在的に反粒子として機能する可能性がある。量子コンピューターでは量子ビットとして使用されます。
「キラルマヨラナの存在に関する実験的証拠を提供することは、トポロジカル量子コンピューターの作成における重要なステップとなるでしょう」とチャン氏は述べた。 「私たちの分野は、これらのとらえどころのない粒子を見つけようとして困難な過去を経験しましたが、これはマヨラナ物理学を探求するための有望なプラットフォームであると考えています。」
参考文献: Yi H、Zhao YF、Chan YT、他。 磁性トポロジカル絶縁体における界面誘起超伝導。 科学。 2024;383(6683):634-639。 土井： 10.1126/science.adk1270
この記事は下記より転載させていただきました 材料。 注: 資料は長さや内容が編集されている場合があります。 詳細については、引用元に問い合わせてください。
#材料の組み合わせは量子コンピューティングのためのユニークな超伝導をサポートする可能性がある