Открыт материал, сочетающий свойства топологического изолятора и сверхпроводника

Экзотический тип материала под названием топологический изолятор, в своем объеме проявляет свойства диэлектрика, тогда как на поверхности проводит ток подобно металлу. В случае, если топологический изолятор контактирует со сверхпроводником, возникает загадочная частица, получившая название фермион Майораны. Физики связывают с ней большие перспективы построения быстродействующих квантовых компьютеров, поэтому во всем мире активно ведется поиск таких частиц.

Применив новейшие методики проектирования матриалов, доктор Бинхай Янь (Binghai Yan) и его коллеги из Института химической физики твердых тел им. Макса Планка в Дрездене и Университета Йоганна Гутенберга в Майнце (Германия), недавно предсказали, что оксидный компаунд BaBiO₃ будет обладать обоими требуемыми свойствами, т.е. сочетать топологический изолятор со сверхпроводимостью.

Этот материал уже более тридцати лет известен как высокотемпературный (около 30 °K) сверхпроводник с легированием n-типа. Теперь оказалось, что он, вдобавок, является топологическим изолятором, с примесью p-типа. Для генерации фермионов Майораны ученые предложили простое вентильное устройство с p-n переходом, не требующее сложного интерфейса между двумя материалами.

Наряду с применением в квантовых вычислениях, потенциальные приложения топологических изоляторов включают спинтронику, термоэлектрику и сбор энергии. Главным препятствием для широкого внедрения является относительно небольшой размер объемной запрещенной зоны, у известных до сих пор топологических изоляторов обычно составляющий 0,3 эВ. Исследованный в Дрездене и Майнце материал BaBiO₃ продемонстрировал гораздо более широкую запрещенную зону (0,7 эВ), внутри которой существуют металлические топологические поверхностные состояния с энергетическими структурами типа конуса Дирака.

Более подробно это открытие освещается в статье, опубликованной в издании Nature Physics. Участники исследования работают над синтезом BaBiO₃ с легированием n-типа и рассчитывают в ближайшее время представить практические результаты.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365