A busca por férmions de Majorana, partículas que são suas próprias antipartículas, em supercondutores topológicos é de suma importância na física da matéria condensada hoje. Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Qi-Kun Xue da Universidade de Tsinghua na China relatou evidências experimentais de supercondutividade topológica perto da superfície de filmes β-Bi2Pd epitaxiais, e possíveis modos zero de Majorana em vórtices magnéticos.

Um supercondutor topológico é supercondutor dentro da massa como outros supercondutores, enquanto no limite / superfície, abriga os férmions de Majorana, há muito procurados. Essas partículas incomuns obedecem às estatísticas de trança não Abeliana e têm potencial para computação quântica tolerante a falhas, que pode teoricamente operar de forma mais eficiente do que os computadores atuais. Um punhado de supercondutores topológicos foram propostos até agora em isoladores topológicos ou outros sistemas com forte acoplamento spin-orbital quando eles estão ligados a um supercondutor ou conduzidos a estados supercondutores por dopagem química. Contudo, pouca atenção tem sido dada à busca de estrutura de banda topologicamente não trivial em supercondutores clássicos de onda S.

Foi descoberto que β-Bi2Pd tetragonal é supercondutor abaixo de 5,4 K em 1957. Recentemente, a espectroscopia de fotoemissão de ângulo resolvido revelou que bandas de superfície protegidas topologicamente cruzam o nível de Fermi de β-Bi2Pd. Os dois principais critérios para a realização da supercondutividade topológica existem neste composto de componente único. As pesquisas experimentais subsequentes para a supercondutividade topológica enterrada em β-Bi2Pd todas falharam. Contudo, os pesquisadores da Universidade de Tsinghua agora relatam estados supercondutores topologicamente não triviais em β-Bi2Pd.

"Estamos motivados para desvendar por que a supercondutividade topológica não foi observada em todos os estudos anteriores de cristais β-Bi2Pd, sabe-se agora que o ajuste do potencial químico para isolar os estados de superfície topológicos de bandas em massa perto do nível de Fermi é a chave para observar tais estados supercondutores topologicamente não triviais, "disse Yanfeng Lv, o primeiro autor deste estudo, agora é pesquisador de pós-doutorado no Texas Center for Superconductivity, University of Houston.

Publicado no jornal de Boletim de Ciências , o estudo usou uma técnica de epitaxia de feixe molecular de última geração sob condições de vácuo ultra-alto para preparar filmes finos β-Bi2Pd de alta qualidade em substratos de SrTiO3, que foram então transferidos in situ para uma câmara de microscopia de tunelamento de varredura criogênica. O espectro de tunelamento revelou uma abertura de fenda supercondutora pronunciada e resistente a impurezas na superfície, que parece muito maior do que o volume devido à mistura de paridade aprimorada de Dirac-férmion do potencial de par de superfície. A visualização direta da abertura da lacuna supercondutora nos estados da superfície topológica, bem como sua variação esperada com o nível de Fermi, convincentemente revela β-Bi2Pd como um candidato promissor para supercondutor topológico. Picos salientes de condutância de polarização zero, provavelmente dos modos zero de Majorana suportados por tais estados supercondutores, foram identificados no final das linhas de vórtice magnético.

"Esta pesquisa fornece evidências convincentes de supercondutividade topológica em β-Bi2Pd e a assinatura dos modos zero de Majorana em vórtices, "disseram os pesquisadores, "e mais importante aponta para uma nova avenida para a busca de estados de emparelhamento topológico em supercondutores usuais que podem exibir estrutura de banda topologicamente não trivial pela engenharia do nível de Fermi."