La ricerca dei fermioni di Majorana, particelle che sono le proprie antiparticelle, nei superconduttori topologici è di fondamentale importanza nella fisica della materia condensata oggi. Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal professor Qi-Kun Xue dell'Università Tsinghua in Cina ha riportato prove sperimentali di superconduttività topologica vicino alla superficie dei film epitassiali β-Bi2Pd, e possibili modalità zero di Majorana ai vortici magnetici.

Un superconduttore topologico è superconduttore all'interno della massa come altri superconduttori, mentre sul confine/superficie, ospita i tanto ricercati fermioni di Majorana. Tali particelle insolite obbediscono alle statistiche di intreccio non abeliano e hanno il potenziale per il calcolo quantistico tollerante ai guasti, che teoricamente può funzionare in modo più efficiente rispetto ai computer attuali. Una manciata di superconduttori topologici sono stati finora proposti in isolanti topologici o altri sistemi con forte accoppiamento spin-orbitale quando sono interfacciati con un superconduttore o guidati in stati superconduttori mediante drogaggio chimico. Però, poca attenzione è stata dedicata alla ricerca di strutture a bande topologicamente non banali nei classici superconduttori ad onde s.

È stato scoperto che il β-Bi2Pd tetragonale è superconduttore al di sotto di 5,4 K nel 1957. Recentemente, la spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo ha rivelato che le bande di superficie topologicamente protette attraversano il livello di Fermi di -Bi2Pd. I due criteri principali per realizzare la superconduttività topologica esistono all'interno di questo composto monocomponente. Successive ricerche sperimentali per la superconduttività topologica sepolta in β-Bi2Pd sono tutte fallite. Però, i ricercatori della Tsinghua University ora riferiscono di stati superconduttori topologicamente non banali in -Bi2Pd.

"Siamo motivati ​​a svelare perché la superconduttività topologica non è stata osservata in tutti gli studi precedenti sui cristalli di β-Bi2Pd, è ormai noto che la regolazione del potenziale chimico per isolare gli stati topologici superficiali dalle bande di massa vicino al livello di Fermi è la chiave per osservare tali stati superconduttori topologicamente non banali, " ha detto Yanfeng Lv, il primo autore di questo studio, ora è un ricercatore post-dottorato presso il Texas Center for Superconductivity, Università di Houston.

Pubblicato sulla rivista di Bollettino Scientifico , lo studio ha utilizzato una tecnica di epitassia a fascio molecolare all'avanguardia in condizioni di vuoto ultraelevato per preparare film sottili di β-Bi2Pd di alta qualità su substrati di SrTiO3, che sono stati poi trasferiti in situ in una camera di microscopia a scansione criogenica a effetto tunnel. Lo spettro di tunneling ha rivelato un'apertura superconduttiva pronunciata e resistente alle impurità sulla superficie, che appare molto più grande della massa a causa del mescolamento di parità potenziato di Dirac-fermione del potenziale di coppia di superficie. La visualizzazione diretta del gap superconduttore che si apre sugli stati superficiali topologici, così come la sua variazione attesa con il livello di Fermi, rivela in modo convincente β-Bi2Pd come un candidato promettente per il superconduttore topologico. Picchi salienti di conduttanza a polarizzazione zero, probabilmente dai modi zero di Majorana supportati da tali stati superconduttori, sono stati identificati alla fine delle linee di vortice magnetico.

"Questa ricerca fornisce prove convincenti della superconduttività topologica su β-Bi2Pd e della firma dei modi zero di Majorana nei vortici, " hanno detto i ricercatori, "e, cosa più importante, indica una nuova strada per la ricerca di stati di accoppiamento topologico sui normali superconduttori che potrebbero esibire una struttura a bande topologicamente non banale dall'ingegneria del livello di Fermi".