发现长期的物理学家：边缘的超导性

普林斯顿的研究人员已经发现了沿着超导体的外边缘的超导电流，具有拓扑特性，旨在在未来量子计算机中有用的拓扑超导途径。超导性由图的黑色中心表示，该黑色中心表示没有对电流的阻力。锯齿状图案表示随着施加的磁场的强度而变化的超导性的振荡。

普林斯顿研究人员检测超电流 - 一个流动的电流而没有能量损失 - 在超导体的边缘，拓扑扭曲。

发现长期成案物理学家在普林斯顿的实验室中被检测到。一支物理学家团队检测到超导电流 - 电子流动而不浪费能量 - 沿着超导材料的外边缘。该发现于5月1日发表于期刊科学。

研究人员研究的超导体也是一种拓扑半金属，一种具有其自身不寻常的电子性质的材料。该发现表明了解锁可能具有量子计算值的“拓扑超导性”的新时代的方法。

“为了我们的知识，这是第一次观察到任何超导体的边缘超级电流，”普林顿顿·埃彭·希金斯物理学教授和研究的高级作者说。

“我们的激励问题是，当材料的内部不是绝缘体而是超导体时会发生什么？”ong说。“在拓扑材料中发生超导性时出现的新功能是什么？”

尽管传统的超导体已经在磁共振成像（MRI）和长距离传输线上广泛使用，但是新型超导性可能释放出超出我们熟悉技术的局限性的能力。

普林斯顿和其他地方的研究人员一直在探索超导和拓扑绝缘体之间的联系 - 其非符合者电子行为是2016年诺贝尔物理学主题，普林斯顿的谢尔曼·费尔奇尔大学物理学教授。

拓扑绝缘体是具有绝缘内部和导电表面的晶体，如在锡箔中包裹的棕色。在导电材料中，电子可以从原子跳到原子，允许电流流动。绝缘体是电子卡住并且不能移动的材料。好奇地，拓扑绝缘体允许电子在其表面上的运动，但不在其内部。

为了探讨拓扑材料中的超导性，研究人员转向了称为钼Ditelluride的晶体材料，其具有拓扑性质，并且还具有一旦温度浸在寒冷100milikelvin以下的温度浸，这是-459华氏度的超导体。

“到目前为止所做的大部分实验都涉及通过将一种物质靠近另一个材料来”将“超导材料”注入拓扑材料中，“电气工程研究生斯蒂芬金·金斯蒂夫汉基·金斯蒂夫说，他们进行了许多实验。“关于我们的测量有何不同，我们没有注入超导性，但我们能够显示边缘状态的签名。”

该团队首先在实验室中生长晶体，然后将它们冷却至发生超导发生的温度。然后，它们施加弱磁场，同时测量通过晶体的电流。他们观察到称为临界电流的量显示出看起来作为锯齿图案的振荡，因为磁场增加。

振荡的高度和振荡的频率均适合于如何从限制在材料的边缘的电子的量子行为中出现这些波动的预测。

“当我们完成第一个样本的数据分析时，我看着我的电脑屏幕，无法相信我的眼睛，我们所观察到的振荡是如此美丽，但却如此神秘，”沃迪王说，谁说是第一个作者领导了这项研究并获得他的博士学位。在2019年普林斯顿的物理学中。“这就像一个开始揭示自己并且正在等待解决的谜题。后来，当我们收集来自不同样本的更多数据时，我惊讶地是数据如何合适的。“

研究人员长期以来，当电子通常随机移动时，超导地产生超导性，绑定到TWO以形成Cooper对，这在一个感觉舞蹈到同一个节拍中。“一个粗略的类比是执行相同紧密脚本的舞蹈编排的十亿夫妻，”Ong说。

脚本所遵循的脚本称为超导体的波浪功能，其可以大致被认为是沿着超导线的长度拉伸的带状。波浪函数的轻微扭曲迫使长线中的所有库代对对，以与“超流”相同的速度移动 - 换句话说，与单个收集相同，而不是异常颗粒 - 在不产生加热的情况下流动。

如果没有沿着带的曲折，ONG表示，Cooper对是静止的，没有电流流动。如果研究人员将超导体暴露于弱磁场，这对研究人员称之为磁通量的扭曲增加了额外贡献，即对于诸如电子的非常小的颗粒，遵循量子力学的规则。

研究人员预计这两个贡献者对曲折的数量，超流速度和磁通量，一起工作，以保持曲折的曲折数量，例如2,3或4的整数，而不是3.2或a 3.7。他们预测，随着磁通量平稳地增加，由于超流速度调整以取消额外的.2或添加.3以获得确切数量的曲折，随着磁通量平稳地增加。

该团队测量了超流电流，因为它们变化了磁通量，发现确实可见锯齿图。

在钼Ditelluide和其他所谓的Weyl Semimetal中，散装中的电气配对似乎在边缘上诱导类似的配对。

研究人员注意到，目前不太了解，边缘超级电流保持独立于散装超级电流的原因。ONG将电子传播的电子相比，也称为冷凝物，液体散进。

“从古典期望中，人们希望两种流体水坑直接接触以合并成一个，”Ong说。“然而，实验表明，边缘冷凝物在晶体中的大部分中仍然不同。”

该研究团队推测，将两个冷凝物与混合保持的机制是从钼Ditelliders中的受保护边缘状态遗传的拓扑保护。该集团希望应用相同的实验技术来搜索其他非传统超导体中的边缘超级电流。

“那里可能会有分数，”Ong说。

参考：“Weyl超级导体Mote2的边缘超级电流的证据”由Wudi Wang，Stephan Kim，Minhao Liu，F. A.Cevallos，Robert。J. Cava和Nai Phuan Ong，5月1日20日，Science.Doi：
10.1126 / science.aaw9270

资金：该研究得到了美国陆军研究办公室（W911NF-16-1-0116）的支持。稀释冰箱实验得到了美国能源部（DE-SC0017863）的支持。n.p.o.和r.j.c。通过授予GBMF4539（N.P.O.）和GBMF-4412（R.J.C.），承认戈登和贝蒂摩尔基金会的支持率倡议倡议倡议的突发现象。晶体的生长和表征由F.A.c.进行。 r.j.c.，来自国家科学基金会的支持（NSF MRSEC授予DMR 1420541）。