一維原子鏈缺陷兩端零能束縛態首次「現身」

2020-12-04 光明網

　　記者從北京大學物理學院量子材料科學中心王健教授團隊獲悉，他們和美國波士頓學院汪自強教授等合作，首次在二維鐵基高溫超導體中一維原子鏈缺陷兩端發現了馬約拉納零能模，為最終實現拓撲量子計算奠定了重要基礎。

　　近年來，研製超越經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量子超越的核心方向。然而量子計算面臨的最大問題是，由於存在退相干效應，量子比特的運算需要更多比特數來糾錯。因此，探索可容錯量子計算——即對環境細節不敏感的拓撲量子計算，就成為最終實現規模化量子計算的重要途徑。

　　王健介紹說：「凝聚態物質中馬約拉納準粒子的零能束縛態被稱為馬約拉納零能模，具備抗局域幹擾和高容錯的特性，被認為是實現拓撲量子比特的基礎。」

　　王健指出，目前探測馬約拉納零能模需要構造工藝複雜的異質結構，且進行觀測需要極低溫及外加磁場，這都給馬約拉納零能模可能的應用帶來極大困難和挑戰。

　　在最新研究中，王健團隊通過分子束外延技術，在鈦酸鍶襯底上成功製備出大尺度、高質量的單層FeTe0.5Se0.5高溫超導薄膜，厚度約為0.59納米，其超導轉變溫度約為零下211攝氏度，遠高於塊材Fe（Te,Se）的零下258攝氏度。

　　據王健介紹，利用原位低溫掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜技術，他們在薄膜表面發現了一種由最上層Te/Se原子缺失形成的一維原子鏈缺陷，並在缺陷兩端同時觀測到了零能束縛態，而且發現該束縛態具有良好的抗幹擾性，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，具備單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優勢，為進一步實現可應用的拓撲量子比特提供了一種可能的方案。」

　　該研究發表於9日的《自然·物理》在線版，得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、北京市自然科學基金和美國能源部基礎能源科學基金的支持。（記者劉霞）

[ 責編：趙宇豪 ]

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