美國賓夕法尼亞州立大學研究人員領(lǐng)導的團隊成功創(chuàng)建出一種新材料組合，可提供一個平臺來探索類似于手性馬約拉納粒子的物理行為。這種材料融合體不但具有特殊的電學特性，還擁有超導性所需的所有組件，被認為是未來量子計算中一個極有前途的“選手”。研究成果于8日在線發(fā)表在《科學》雜志上。
當超導體與磁性拓撲絕緣體結(jié)合在一起時，每個組件的新穎電特性共同產(chǎn)生“手性拓撲超導體”。而拓撲結(jié)構(gòu)，即物質(zhì)的特殊幾何形狀和對稱性，在超導體中能產(chǎn)生獨特的電現(xiàn)象，可促進拓撲量子計算機的構(gòu)建。
但手性拓撲超導的實現(xiàn)需要3個要素：超導性、鐵磁性和拓撲序性質(zhì)。
團隊運用分子束外延技術(shù)，將磁性拓撲絕緣體和鐵硫族化合物（FeTe）堆疊在一起，成功開發(fā)出一個同時具備這3種特性的系統(tǒng)。拓撲絕緣體是鐵磁體，電子以相同方式旋轉(zhuǎn)；鐵硫族化合物是一種極有前景的利用超導性的過渡金屬，是一種反鐵磁體，其電子以交替方向旋轉(zhuǎn)。
當研究人員通過各種成像技術(shù)來表征這一組合材料的結(jié)構(gòu)和電性能后，證實在材料之間的界面處，存在手性拓撲超導性的所有3個關(guān)鍵要素。而通常情況下，超導性和鐵磁性是“競爭關(guān)系”，在鐵磁材料系統(tǒng)中很少能找到強大的超導性。
研究人員相信，該系統(tǒng)有助于尋找一種與馬約拉納粒子具有類似行為的材料系統(tǒng)。馬約拉納粒子是1937年首次假設(shè)出的亞原子粒子，能充當自己的反粒子。這種特性可使它們用作量子計算機中的量子比特，而為手性馬約拉納的存在提供實驗證據(jù)，將是創(chuàng)建拓撲量子計算機的關(guān)鍵一步。
