可以设计释放量子现象超薄材料

在《自然》杂志上，设计一组物理学家发表了一篇论文，可释指出一种新的放量超薄材料被设计用来制造难以捉摸的量子态。这些量子态被称为“一维majorana零能模”，现象对量子计算有很大影响。超薄材料kwE

量子计算机的设计核心是量子比特，用于高速计算。可释量子比特对计算机周围的放量噪声和干扰非常敏感，这会在计算中引入误差。现象一种新型的量子比特，称为拓扑量子比特，可以解决这个问题，而一维majorana零能模可能是制造这种拓扑量子比特的关键。kwE

什么是“一维马约拉纳零能量模式”？kwE

一维majorana零能量模式，缩写为MZM，是一组以特定方式组合的电子，因此它们的行为就像一种叫做Mayorana Fermi的粒子，这是粒子物理学家majorana在20世纪30年代首次提出的。如果majorana的理论粒子结合在一起，它们将充当拓扑量子位。问题是，无论是在实验室还是在天文学中，都没有发现它们存在的证据。研究人员没有试图创造一种在宇宙中从未见过的粒子，而是试图让规则的电子表现得像它们一样。kwE

为了制造MZM，研究人员需要非常非常小的材料。MZM是通过向一组电子提供特定数量的能量，然后将它们捕获在一起，使它们无法逃逸而形成的。因此，材料必须是二维的，并且在物理上尽可能薄。为了创造一维MZM，该团队需要制造一种全新的2D材料：拓扑超导体。如图所示，一维majorana零能模位于二维拓扑超导体的边缘。kwE

拓扑超导性是发生在电绝缘体和超导体之间边界的一种特性。为了创建一维MZM，研究团队需要能够在拓扑超导体中一起捕获电子，但这并不像将磁铁吸引到任何超导体那样简单。kwE

研究人员解释说：“如果大部分磁铁放在超导体上，就会阻止它们变成超导体。”“材料之间的相互作用会破坏它们的性能，但是要制作MZM，您需要使材料稍微相互作用。诀窍是使用二维材料：它们之间的相互作用足以形成您需要的MZM特征。”kwE

问题是旋转的本质。在磁性材料中，自旋都在同一个方向上排列，而在超导体中，自旋在相反的方向上交替排列。将磁铁和超导体放在一起通常会破坏自旋的排列和错位。然而，在二维层状材料中，材料之间的相互作用足以“倾斜”原子的自旋，并使它们产生制造MZM所需的特定自旋状态，这被称为拉什巴自旋轨道耦合。kwE

查找——维马约拉纳零能量模式kwE

研究中的拓扑超导体由一层溴化铬构成，只有一个原子厚时才有磁性。研究团队在硒化铌超导晶体上生长了原子厚度的溴化铬岛，并用扫描隧道显微镜测量了它的电学性质。kwE

福斯特教授说：“需要大量的模拟工作来证明我们看到的信号是由MZM引起的，而不是其他影响。”“我们需要证明所有零件都是组装好的，以证明我们生产了MZM。”现在，该团队已经确定他们可以用二维材料制造一维MZM，下一步是尝试将它们制造成拓扑量子位。kwE

Liljeroth教授说：“这项研究最酷的部分是我们用二维材料制作了MZM。原则上，它们更容易制造，更容易定制性能，最终成为非常有用的设备。”kwE