p Nos últimos anos, o desenvolvimento de computadores quânticos além da capacidade dos computadores clássicos tornou-se uma nova fronteira na ciência e tecnologia e uma direção fundamental para realizar a supremacia quântica. Contudo, a computação quântica convencional tem um sério desafio devido ao efeito da decoerência quântica e requer uma quantidade significativa de correção de erros no escalonamento dos qubits quânticos. Portanto, a exploração de computação quântica tolerante a falhas usando estados quânticos topologicamente protegidos contra perturbações ambientais locais é um esforço importante de valor fundamental e significado tecnológico para realizar a computação quântica em grande escala. p Os estados ligados de energia zero de Majorana (ZEBSs) em sistemas de matéria condensada, como supercondutores, são estados quânticos raros com proteção topológica contra perturbações locais. Esses chamados modos zero de Majorana (MZMs) são neutros em termos de carga e obedecem a estatísticas de troca não abelianas e servem como o bloco de construção de qubits topológicos. Os MZMs são teoricamente previstos para existir no núcleo do vórtice de supercondutores topológicos de onda p ou nas extremidades de supercondutores topológicos unidimensionais (1-D). Sendo um ZEBS, uma das principais características do MZM são os picos de condutância diferencial para tunelamento em tensão de polarização zero. Experimentalmente, as atuais plataformas de Majorana incluem o seguinte. Um deles está usando um acoplamento de proximidade de isolador topológico tridimensional (3-D) a um supercondutor de onda S para realizar os estados supercondutores da superfície topológica e detectar os estados de vórtice aplicando um campo magnético. O outro está usando um acoplamento 1-D de spin-órbita por proximidade de nanofio a um supercondutor de onda S para detectar picos de condutância de polarização zero nas extremidades sob um campo magnético externo. Contudo, a complicada fabricação das estruturas híbridas, a temperatura extremamente baixa e o campo magnético aplicado necessário para observação apresentam grandes desafios para a possível aplicação de MZMs.

p Recentemente, Grupo do professor Wang Jian na Universidade de Pequim, em colaboração com o grupo do professor Wang Ziqiang no Boston College, descobriram MZMs em ambas as extremidades de defeitos de linha atômica 1-D em supercondutores de alta temperatura à base de ferro bidimensionais (2-D) e forneceram uma plataforma promissora para detectar excitações de energia zero topológica em uma temperatura operacional mais alta e sob zero magnético externo campo. O grupo de Wang Jian cresceu com sucesso FeTe de alta qualidade e uma unidade de célula de espessura de área grande _0,5 Se _0,5 filmes sobre SrTiO ₃ (001) substratos pela técnica de epitaxia de feixe molecular (MBE), que mostram Tc (~ 62 K) muito maior do que (~ 14,5 K) em Fe (Te, Se). Por microscopia / espectroscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura (4,2 K) in situ (STM / STS), os defeitos da linha atômica 1-D formados pelos átomos superiores de Te / Se ausentes podem ser claramente identificados na monocamada FeTe _0,5 Se _0,5 filmes. Os ZEBSs são detectados em ambas as extremidades do defeito da linha atômica 1-D (Figura 1), enquanto os espectros de tunelamento no meio do defeito da linha se recuperam para os estados supercondutores totalmente abertos. Conforme a temperatura aumenta, o ZEBS reduz em intensidade, e finalmente desaparece a uma temperatura (cerca de 20 K) muito abaixo do Tc. O ZEBS não se divide com o aumento da condutância da barreira de tunelamento e se torna mais nítido e alto conforme a ponta se aproxima do filme, mostrando a propriedade robusta. Além disso, na corrente de defeito mais curta, o acoplamento entre os ZEBSs em ambas as extremidades leva a picos de condutância de polarização zero reduzidos, mesmo na seção intermediária da cadeia de defeito da linha atômica (Figura 2). A correlação positiva entre a condutância de polarização zero e os comprimentos dos defeitos da linha pode ser deduzida das estatísticas. As propriedades espectroscópicas dos ZEBSs, incluindo a evolução da altura e largura do pico com a temperatura, o desaparecimento da temperatura de ZEBS, os espectros de tunelamento no processo de amostra de aproximação da ponta, bem como propriedades não divididas são consideradas consistentes com a interpretação dos MZMs. Outras possibilidades, como o efeito Kondo, estados de impureza convencionais ou os estados ligados de energia zero de Andreev em supercondutores nodais de alta temperatura podem ser excluídos em geral.

p O grupo do professor Wang Ziqiang no Boston College propôs uma possível explicação teórica ao estender a teoria das bandas do estado de superfície de Shockley ao caso dos supercondutores. Devido ao grande acoplamento spin-órbita, o defeito da linha atômica 1-D na monocamada FeTe _0,5 Se _0,5 o filme pode se tornar um supercondutor topológico 1-D emergente e um par Kramers de MZMs aparecendo nas extremidades do defeito de linha protegido por simetria de reversão de tempo. Mesmo sem simetria de reversão de tempo ao longo do defeito da linha, o supercondutor topológico 1-D também pode ser realizado com um único MZM localizado em cada extremidade da cadeia. Este trabalho, pela primeira vez, revela uma classe de excitações topológicas de energia zero em ambas as extremidades dos defeitos da linha atômica 1-D em monocamada supercondutora 2-D de alta temperatura FeTe _0,5 Se _0,5 filmes, que mostram as vantagens de ser um único material, temperatura de operação mais alta e campo magnético externo zero, e pode oferecer uma nova plataforma para realizações futuras de qubits topológicos aplicáveis.

p O artigo foi publicado online por Física da Natureza