Stanene è un isolante topologico composto da atomi tipicamente disposti in uno schema simile a quelli all'interno del grafene. I film di Stanene si sono rivelati promettenti per la realizzazione di numerose fasi fisiche intriganti, tra cui la fase di Hall di spin quantico e la superconduttività intrinseca.

Alcuni studi teorici hanno anche suggerito che questi film potrebbero ospitare la superconduttività topologica, uno stato particolarmente prezioso per lo sviluppo della tecnologia di calcolo quantistico. Finora, tuttavia, gli stati limite topologici nello stanene non erano stati osservati in modo affidabile e coerente in contesti sperimentali.

I ricercatori dell'Università Jiao Tong di Shanghai, dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, dell'Università di Henan, dell'Università di Zhengzhou e di altri istituti in Cina hanno recentemente dimostrato la coesistenza di stati marginali topologici e superconduttività in film di stanene da uno a cinque strati posizionati sul Bi (111) substrato. Le loro osservazioni, delineate in un documento pubblicato in Physical Review Letters , potrebbe avere importanti implicazioni per lo sviluppo di dispositivi quantistici basati su Stanene.

"Il presente lavoro è un ultimo passo avanti nella nostra ricerca sistematica dopo il nostro precedente lavoro pubblicato nel 2015, che ha rappresentato il primo rapporto sulla crescita di successo di uno strato monoatomico di staneni (ML)," Jinfeng Jia, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "La sfida è stata, a quel tempo, il Bi₂ Te₃ il substrato impone una deformazione di compressione allo strato di stanene, portando a una sovrapposizione sfavorevole tra le sue bande di conduzione e di valenza."

Basandosi su risultati precedenti, il team di Jia e altri gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno cercato di realizzare la superconduttività topologica in stanene posizionato su vari substrati con vincoli reticolari più grandi di Bi₂ Te₃ , poiché potrebbero mantenere la topologia non banale dello stalene. Eppure finora pochissimi ci sono riusciti.

Per costruire tecnologie di calcolo quantistico efficienti basate su film di stanene, i fisici dovranno prima identificare un substrato che può essere utilizzato per far crescere stanene stabile con proprietà topologiche non banali e superconduttività intrinseca. Questo è ciò che Jia e i suoi colleghi hanno deciso di fare nel loro recente articolo.

"L'obiettivo finale del nostro recente articolo è raggiungere il superconduttore topologico in stanene, un sistema materiale a elemento singolo", ha affermato Jia. "Un substrato così desiderabile è stato identificato dal nostro studio teorico più recente, che punta al substrato Bi(111)".

Nei loro esperimenti, Jia e i suoi colleghi hanno raccolto misurazioni utilizzando la microscopia e la spettroscopia a tunneling a scansione a una temperatura ultrabassa di 400 mK. Questi metodi hanno consentito loro di rilevare gli stati marginali topologici localizzati sui loro campioni di staneni su scala nanometrica e di confermare l'accoppiamento superconduttore nel materiale.

"I nostri calcoli dei primi principi hanno ulteriormente confermato la topologia non banale di quei film e l'importanza vitale di un significativo accoppiamento spin-orbitale fornito dal substrato Bi(111)", ha spiegato Jia. "Abbiamo anche dimostrato che l'idrogeno è indispensabile per alterare la modalità di crescita per crescere liscio e strato dopo strato."

Il recente lavoro di questo team di ricercatori dimostra in modo conclusivo la coesistenza di stati marginali topologici e superconduttività nei film di staneni. In contrasto con altre realizzazioni precedenti di questi stati, nel loro campione queste due proprietà sono racchiuse all'interno di un sistema a elemento singolo, piuttosto che in una complicata eterostruttura.

Le brevi lunghezze di penetrazione bilaterale degli stati edge osservate da Jia e dai suoi colleghi sono particolarmente favorevoli per lo sviluppo di dispositivi conduttori a bassa perdita con canali edge densi. Inoltre, la piattaforma di film di staneni identificata dai ricercatori potrebbe consentire lo sviluppo di dispositivi di calcolo quantistico topologici basati su un minor numero di strati di staneni.

"Per il sistema stanene/Bi (111), il passo successivo è identificare la simmetria di accoppiamento della sua superconduttività e realizzare le modalità zero di Majorana creando confini per il canale del bordo ad anello chiuso", ha aggiunto Jia. "L'obiettivo del nostro gruppo, a lungo termine, è quello di realizzare l'operazione di intrecciatura delle modalità Majorana e persino di avanzare nel calcolo quantistico topologico". + Esplora ulteriormente

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