二維超導材料觀察磁激發態為制造量子計算機開辟新途徑

二維超導材料上的磁場“納米星星”

　　法國和俄羅斯科學家日前在二維超導材料上發現一種特殊的磁場擾動，就像一個個微小的振蕩星。這些激發態由摻入超導材料的磁性原子產生，這意味著“于淥—芝巴—魯西諾夫”狀態（YSR態）鏈不只是理論，在實驗中也可以觀察到。研究人員稱，這一成果或為制造量子計算機開辟新途徑。

　　YSR態由中國物理學家于淥和日本、蘇聯科學家在上世紀60年代分別提出。他們預測，摻入超導材料中的磁性原子一定會在其周圍形成一種特殊的激發態 ——電子—空穴駐波，這被稱為“于淥—芝巴—魯西諾夫”狀態。根據計算，圍繞這些YSR態會可能形成拓撲導電區，電流在此只能向一個方向流動。

　　據俄羅斯莫斯科物理技術學院（MIPT）近日消息，在其超導系統拓撲量子現象實驗室指導下，巴黎高科高等物理化學所教授德米特里·羅迪切夫構建了超低溫掃描隧道顯微鏡，讓研究人員首次觀察到高質量的YSR態現象。

　　實驗中所用的二維超導材料是二硒化鈮晶體。研究人員觀察到的YSR態被束縛在摻入二維超導材料的磁性原子周圍，而且在二維系統中，磁擾動跨越的距離更遠、更穩定。如果能將它們排成合適陣列，有望用在量子電子器件中。

　　MIPT超導系統拓撲量子現象實驗室主管瓦西里·斯托雅羅夫表示，他們證明了用二維材料而不是三維材料，會使YSR態的空間擴大幾十納米，比在一般三維超導材料中大10倍。射線沿著二硒化鈮晶格軸發出，形成的激發面就像一個六角電子星。這些“星星”更穩定，更適于生成新的拓撲保護態。

　　多年來，科學家一直在嘗試多種方案構建量子計算機的要素基礎，但量子系統對外部影響極為敏感，用拓撲保護電子態來抵抗退相干是影響之一。研究人員指出，在二維超導體的磁原子鏈或磁原子團中可能造出更靈活的、避免退相干的拓撲保護量子態，從而為造出量子計算機開辟了新路線。相關論文發表在最近的《自然·物理學》雜志上。