新组合材料可支持量子计算超导性

美国宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的团队成功创建出一种新材料组合，可提供一个平台来探索类似于手性马约拉纳粒子的物理行为。这种材料融合体不但具有特殊的电学特性，还拥有超导性所需的所有组件，被认为是未来量子计算中一个极有前途的“选手”。研究成果于8日在线发表在《科学》杂志上。

当超导体与磁性拓扑绝缘体结合在一起时，每个组件的新颖电特性共同产生“手性拓扑超导体”。而拓扑结构，即物质的特殊几何形状和对称性，在超导体中能产生独特的电现象，可促进拓扑量子计算机的构建。

但手性拓扑超导的实现需要3个要素：超导性、铁磁性和拓扑序性质。

团队运用分子束外延技术，将磁性拓扑绝缘体和铁硫族化合物（FeTe）堆叠在一起，成功开发出一个同时具备这3种特性的系统。拓扑绝缘体是铁磁体，电子以相同方式旋转；铁硫族化合物是一种极有前景的利用超导性的过渡金属，是一种反铁磁体，其电子以交替方向旋转。

当研究人员通过各种成像技术来表征这一组合材料的结构和电性能后，证实在材料之间的界面处，存在手性拓扑超导性的所有3个关键要素。而通常情况下，超导性和铁磁性是“竞争关系”，在铁磁材料系统中很少能找到强大的超导性。

研究人员相信，该系统有助于寻找一种与马约拉纳粒子具有类似行为的材料系统。马约拉纳粒子是1937年首次假设出的亚原子粒子，能充当自己的反粒子。这种特性可使它们用作量子计算机中的量子比特，而为手性马约拉纳的存在提供实验证据，将是创建拓扑量子计算机的关键一步。