Ученые из Института физики твердого тела и материаловедения имени Лейбница (IFW Dresden) и кластера передовых исследований ct.qmat сделали открытие, которое может перевернуть представления о физике сверхпроводников. В ходе исследования материала под названием платина-висмут-два (PtBi2) они обнаружили, что электроны внутри этого кристалла ведут себя совершенно неожиданным образом, нарушая все известные ранее правила.
В обычных условиях PtBi2 выглядит как ничем не примечательный серый кристалл. Однако эксперименты показали, что только его верхние и нижние поверхности становятся сверхпроводящими при низких температурах, в то время как внутренняя часть остается обычным металлом. Это создает уникальную структуру, которую исследователи окрестили «естественным сверхпроводящим сэндвичем». Электроны на поверхности спариваются и движутся без сопротивления, но самое удивительное кроется в том, как именно происходит это спаривание.
Тщательные измерения выявили невиданный ранее паттерн: не все поверхностные электроны участвуют в процессе одинаково. Те частицы, что движутся в шести конкретных направлениях, отказываются объединяться в пары вовсе. Это отражает тройную вращательную симметрию атомной структуры поверхности кристалла. До сих пор наука знала сверхпроводники, где спаривание не зависит от направления, или такие, где оно имеет четырехкратную симметрию, но шестикратный узор был зафиксирован впервые в истории.
Доктор Сергей Борисенко из IFW Dresden отметил уникальность находки: «Мы никогда раньше такого не видели. PtBi2 не только является топологическим сверхпроводником, но и спаривание электронов, которое запускает эту сверхпроводимость, отличается от всех других известных нам сверхпроводников. Мы пока не понимаем, как именно возникает такое спаривание». Это открытие делает материал одним из самых убедительных кандидатов на роль истинного топологического сверхпроводника.
Особую ценность для будущего технологий представляет тот факт, что края сверхпроводящих поверхностей PtBi2 естественным образом захватывают неуловимые частицы Майораны. Эти квазичастицы считаются идеальными строительными блоками для кубитов — основы будущих квантовых компьютеров, устойчивых к ошибкам. Теоретически, создавая искусственные уступы на кристалле, можно получать столько майорановских частиц, сколько потребуется, что открывает путь к созданию мощных и стабильных квантовых устройств.