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一維原子鏈缺陷兩端零能束縛態(tài)首次“現(xiàn)身”

來源: 科技日報   日期:2020-03-13  責(zé)編: 環(huán)球科技網(wǎng) 
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    3月12日,記者從北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王健教授團隊獲悉,他們和美國波士頓學(xué)院汪自強教授等合作,首次在二維鐵基高溫超導(dǎo)體中一維原子鏈缺陷兩端發(fā)現(xiàn)了馬約拉納零能模,為最終實現(xiàn)拓撲量子計算奠定了重要基礎(chǔ)。
    近年來,研制超越經(jīng)典計算機運算能力的量子計算機,已成為國際前沿焦點和各國實現(xiàn)量子超越的核心方向。然而量子計算面臨的最大問題是,由于存在退相干效應(yīng),量子比特的運算需要更多比特數(shù)來糾錯。因此,探索可容錯量子計算——即對環(huán)境細節(jié)不敏感的拓撲量子計算,就成為最終實現(xiàn)規(guī)模化量子計算的重要途徑。
    王健介紹說:“凝聚態(tài)物質(zhì)中馬約拉納準粒子的零能束縛態(tài)被稱為馬約拉納零能模,具備抗局域干擾和高容錯的特性,被認為是實現(xiàn)拓撲量子比特的基礎(chǔ)。”
    王健指出,目前探測馬約拉納零能模需要構(gòu)造工藝復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)構(gòu),且進行觀測需要極低溫及外加磁場,這都給馬約拉納零能??赡艿膽?yīng)用帶來極大困難和挑戰(zhàn)。在最新研究中,王健團隊通過分子束外延技術(shù),在鈦酸鍶襯底上成功制備出大尺度、高質(zhì)量的單層FeTe0.5Se0.5高溫超導(dǎo)薄膜,厚度約為0.59納米,其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為零下211攝氏度,遠高于塊材Fe(Te,Se)的零下258攝氏度。
    據(jù)王健介紹,利用原位低溫掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜技術(shù),他們在薄膜表面發(fā)現(xiàn)了一種由最上層Te/Se原子缺失形成的一維原子鏈缺陷,并在缺陷兩端同時觀測到了零能束縛態(tài),而且發(fā)現(xiàn)該束縛態(tài)具有良好的抗干擾性,汪自強教授團隊則對此提出了可能的理論解釋。
    王健說:“這一工作首次揭示了二維高溫超導(dǎo)體FeTe0.5Se0.5單層薄膜中的一類拓撲線缺陷端點處的零能激發(fā),具備單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優(yōu)勢,為進一步實現(xiàn)可應(yīng)用的拓撲量子比特提供了一種可能的方案。”
    該研究發(fā)表于9日的《自然·物理》在線版,得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、中科院卓越創(chuàng)新中心、北京市自然科學(xué)基金和美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)基金的支持。





 

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