來自東北大學、大阪大學、京都產業大學和德國科隆大學的研究小組開發了一種將普通超導體轉化為拓撲超導體的方法。
大約10年前發現的拓樸絕緣體,內部是絕緣體,但其邊緣(3D中的表面、2D中的邊緣)具有在固體中以零質量移動的粒子,出現了由「狄拉克電子」引起的傳導路徑。這項發現引發了人們對「拓樸超導體」的興趣,「拓樸超導體」是拓樸絕緣體的高階形式,但仍沒有確鑿的證據。
為了實現拓樸超導,一般採用「超導鄰近效應」。例如,當拓樸絕緣體和超導體連接時,負責超導的電子對(庫柏對)從超導體一側進入拓樸絕緣體一側,並存在於兩種材料之間的界面附近,狄拉克電子變得超導。然而,這種方法將預期出現在拓樸超導體邊緣的特殊粒子「馬約拉納粒子」埋藏在材料內部的界面附近,難以檢測到,問題是無法獲得確鑿的證據。
在這種情況下,本研究人員在拓樸絕緣體TlBiSe2表面製備了普通超導體Pb(鉛)的超薄膜,並研究了其電子態,發現轉移到Pb表面的狄拉克電子為透過結轉移到Pb表面。此外,在測量Pb薄膜的能態時,觀察到了“超導能隙”,這表明狄拉克電子已經變得超導,表明Pb這種普通超導體已經轉變為拓撲超導體。
這結果顯示拓樸超導可以在不利用超導鄰近效應的情況下實現,我們希望將來能夠在該系統中偵測到馬約拉納粒子。