自從超導(dǎo)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，它作為一種電阻降為零的量子態(tài)，一直吸引著科學(xué)家的關(guān)注。在各種類型的超導(dǎo)體中，Weyl超導(dǎo)體因其獨特的拓撲性質(zhì)而脫穎而出。最近發(fā)表在《自然物理》的研究揭示了這些材料中的一些有趣現(xiàn)象，特別是通過邊緣超電流揭示的不同凝聚態(tài)之間的競爭。

Weyl超導(dǎo)體及邊緣超電流

Weyl超導(dǎo)體是一類表現(xiàn)出Weyl費米子作為準(zhǔn)粒子的材料。這些材料具有獨特的電子結(jié)構(gòu)，其特點是Weyl節(jié)點，即動量空間中導(dǎo)帶和價帶接觸的點。這些點是拓撲缺陷，電子能帶在此處交匯，從而產(chǎn)生手性邊緣態(tài)。這些邊緣態(tài)受到拓撲保護，沿材料邊緣傳播且不會發(fā)生背散射。當(dāng)Weyl超導(dǎo)體冷卻到其臨界溫度以下時，就會形成庫珀對，進入超導(dǎo)態(tài)。

Weyl超導(dǎo)體的一個關(guān)鍵現(xiàn)象是存在邊緣超電流，邊緣超電流是沿著超導(dǎo)體邊界流動的電流。在Weyl超導(dǎo)體中，這些邊緣電流特別有趣，因為它們可以提供關(guān)于不同超導(dǎo)凝聚態(tài)之間相互作用的見解。這些材料中的邊緣態(tài)受拓撲保護，使其對某些類型的擾動具有魯棒性。

實驗觀察

最近在Weyl半金屬MoTe?上進行的實驗提供了邊緣超電流存在的有力證據(jù)。普林斯頓大學(xué)的研究人員觀察到，當(dāng)從鈮（Nb）接觸注入超電流到MoTe?時，Nb的s波配對勢與MoTe?中的固有庫珀對凝聚態(tài)不兼容。這種不兼容導(dǎo)致了注入和固有凝聚態(tài)之間的競爭，表現(xiàn)為臨界電流的振蕩和其他異常行為。

其中一個關(guān)鍵觀察是，當(dāng)改變施加的磁場時，臨界電流中出現(xiàn)了快速振蕩。這些振蕩表明了邊緣超電流的存在及其對競爭凝聚態(tài)的敏感性。研究人員還注意到，這些振蕩的相位噪聲顯著變化，具體取決于注入或固有凝聚態(tài)的主導(dǎo)地位。

發(fā)現(xiàn)的意義

在Weyl超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的競爭凝聚態(tài)具有幾個重要意義：

基礎(chǔ)理解：這些發(fā)現(xiàn)增強了我們對拓撲材料中超導(dǎo)性的理解。不同凝聚態(tài)之間的競爭為這些系統(tǒng)中的配對機制提供了新的視角。

技術(shù)應(yīng)用：Weyl超導(dǎo)體中的邊緣超電流可以用于先進的技術(shù)應(yīng)用，包括量子計算和低功耗電子設(shè)備。這些邊緣態(tài)對某些擾動的魯棒性使其成為量子計算機中穩(wěn)定量子比特的有希望候選者。

未來研究方向：觀察到的現(xiàn)象為研究開辟了新的途徑。科學(xué)家可以探索其他Weyl超導(dǎo)體和拓撲材料，以研究類似行為。此外，不同類型超導(dǎo)凝聚態(tài)之間的相互作用可能導(dǎo)致新量子態(tài)和物質(zhì)相的發(fā)現(xiàn)。

結(jié)論

對Weyl超導(dǎo)體中邊緣超電流的研究揭示了不同超導(dǎo)凝聚態(tài)之間的有趣競爭。這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對拓撲材料中超導(dǎo)性的理解，還為潛在的技術(shù)進步鋪平了道路。隨著這一領(lǐng)域研究的進展，我們可以期待發(fā)現(xiàn)更多有趣的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可能會徹底改變我們對量子材料及其應(yīng)用的看法。