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有望な新しい超伝導の固有の特性を解明

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July, 8, 2021, Minneapolis--University of Minnesotaをリーダーとする国際チームは、独特の超伝導金属が、非常に薄い層として使用したときに、より強靱であることを発見した。研究は、材料の特殊な超伝導状態を理解するという大きな目標への最初の一歩である。そのような材料は、将来、量子コンピューティングに利用される見込がある。
 研究成果は、Nature Researchに発表された。

Niobium diselenide (NbSe2)は超伝導金属であり、抵抗なしに電気、つまり電子を一つの原子から別の原子へ転送できる。材料のサイズが非常に小さければ、金属の異常な振る舞いは珍しくないが、NbSe2は潜在的に有利な特性を持っている。研究チームは、その材料が2D形状(わずか数原子層厚の極薄基板)で、より強靱な超伝導であることを確認した。それが2回転対称だからでる。つまり、同じ材料のもっと厚いサンプルとかなり違う。

この2D材料の新奇な超伝導性を理論的に予測するFernandes and Burnellが動機づけとなって、Pribiag, and Wangは,原子厚2D超伝導デバイスの研究を開始した。

「われわれは、それが雪片のように6重構造であると考えていた。6重構造にもかかわらず、それは実験では2回転対称の振る舞いしかしなかった」(Wang)。

「これは、[この現象が]実際の材料で見られた最初のものの一つであった」(Pribiag)

研究チームは、新発見、NbSe2の超伝導状態の2回転対称の原因は、2つの緊密に競合する超伝導タイプ間の混合であると考えた。つまり従来のs-波タイプ(典型的なバルクNbSe2)と一般的ではない少ない層のNbSe2に出現したd- または p-タイプメカニズム。その2つのタイプの超伝導性は、このシステムでは非常に似通ったエネルギーを持つので。それらは相互に作用し、競合する。

Pribiag, and Wangによると、両氏は後に、コーネル大学の物理学者が、別の実験技術を使用して、同じ物理学を再検討していることに気づいた、つまり量子トネリング計測である。両氏は、自分たちの成果とコーネルの研究とを統合して包括的な研究を発表することを決定した。

Burnell, Pribiag, and Wangは、他の新奇な2D材料との組合せで原子厚NbSe2の特性をさらに研究するためにこれらの初期の成果に立脚する計画である。これは、究極的には、トポロジカル超伝導性など、量子コンピュータを構築する、特別な超伝導状態の利用につながる。

Pribiagは、「われわれが欲しいのは原子スケールで完全なフラットインタフェースだ。材料を研究にこのシステムは優れたプラットフォームになりうると考えている。目的は、量子コンピューティングアプリケーションにそれらを使うことだ」と話している。

(詳細は、https://twin-cities.umn.edu)