Кристал платину-вісмуту змінює уявлення про надпровідність

Науковці виявили незвичайний кристал, який назвали платин-вісмут-два (PtBi₂), що кидає виклик усталеним уявленням про надпровідність. Цей сріблясто-сірий кристал демонструє унікальну властивість: лише його верхня та нижня поверхні здатні проводити надструм без опору, тоді як основна маса залишається звичайним металом.

Електрони на поверхнях утворюють пари з незвичним шестикратним візерунком, який не схожий на жоден відомий надпровідник і порушує давно встановлені правила фізики. Найбільш інтригуючою особливістю є те, що краї цього кристала природним чином містять частинки Майорани — довго гіпотетичні об'єкти, які вважаються особливо стійкими кубітами для квантових комп'ютерів. Дослідники описали PtBi₂ як природний топологічний надпровідник та один із найчіткіших прикладів цього рідкісного типу матеріалу.

За даними дослідження Інституту фізики твердого тіла в Дрездені та Кластера передового досвіду ct.qmat, поверхневі електрони обмежені завдяки топологічним властивостям кристала і залишаються спареними навіть якщо кристал розрізати. За низьких температур ці електрони забезпечують надпровідність лише на поверхнях, тоді як внутрішня частина поводиться як звичайний метал. Високоточні вимірювання показали, що електрони вздовж шести конкретних напрямків не утворюють пари, що відображає атомну симетрію PtBi₂.

Надпровідність, яка виникає спонтанно, захоплює частинки Майорани на краях кристала. Професор Єрун ван ден Брінк зазначив, що цими частинками можна маніпулювати для просування топологічних квантових обчислень. Частинки Майорани є особливими тим, що вони можуть функціонувати як власні античастинки, що робить їх надзвичайно стабільними для зберігання квантової інформації.

Науковці зараз досліджують стратегії приборкання цих ефектів. Серед можливих підходів — зменшення товщини кристала або вплив магнітними полями, які можуть штовхати частинки Майорани до кутів і ізолювати їх від звичайних електронів. Такі маніпуляції можуть відкрити шлях до практичного використання цих частинок у квантових технологіях.

PtBi₂ слугує перспективною платформою як для фундаментальної фізики, так і для майбутніх квантових пристроїв. Його надпровідність та властивості частинок, які раніше були недосяжними, відкривають нові горизонти для досліджень та технологічних застосувань у галузі квантових обчислень.