Des chercheurs du département de physique et du cluster d'excellence "CUI :Advanced Imaging of Matter" de l'Université de Hambourg et de l'Université de Californie à Irvine ont récemment proposé une nouvelle façon de caractériser les supraconducteurs topologiques au moyen d'expériences multi-THz-impulsions.

Cela ouvre la voie à l'identification sans ambiguïté des états exotiques prédits de la matière et peut aider à la conception de nouveaux matériaux pour les futurs dispositifs qui transportent et traitent les informations quantiques.

Des scientifiques du monde entier travaillent à la construction d'ordinateurs quantiques évolutifs basés sur la matière à l'état solide. Une de ces classes de matériaux sont les supraconducteurs topologiques. Ils sont censés héberger un type particulier d'état quantique collectif, les anyons non abéliens sous la forme de fermions de Majorana à leurs frontières. En mélangeant ces quasi-particules dans des réseaux de fils quantiques, les chercheurs peuvent construire des portes quantiques logiques, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques.

En vrac au lieu de propriétés de limite

Les premières signatures de l'existence de Majoranas ont été rapportées sur la base de mesures de transport quantique, mais plus tard, ces études se sont avérées peu fiables car les Majoranas peuvent facilement être confondues avec des excitations aux limites triviales. La nouvelle théorie adopte une approche différente. Au lieu d'enquêter sur les Majoranas aux limites de l'appareil, le matériau en vrac est traité. En raison de la soi-disant «correspondance en vrac», les Majoranas sont intimement liées à la topologie de la structure de bande en vrac du supraconducteur. Dans un certain sens, les excitations des particules dans le matériau en vrac subissent une "torsion" avec les Majoranas aux limites. Cette forte interconnexion peut être étudiée au moyen de la spectroscopie bidimensionnelle THz, une technique largement utilisée dans les molécules et la matière en vrac.

"Contrairement à la spectroscopie d'absorption" linéaire ", les expériences multi-impulsions non linéaires nous permettent d'étudier la réponse optique des particules excitées et aident ainsi à révéler clairement cette" torsion ", avec des signatures uniques de l'état topologique exotique dans les spectres 2D", explique le professeur . Dr. Michael Thorwart de l'Universität Hamburg et scientifique du Cluster of Excellence.

Apparaissant dans les lettres d'examen physique , la proposition de théorie formule une étape importante entre la détection des propriétés les plus élémentaires mais pas entièrement caractérisantes des Majoranas et la démonstration encore trop ambitieuse des opérations de porte logique avec des anyons non abéliens sous la forme de tressage d'états de Majorana.

"De telles techniques optiques fournissent des informations spectroscopiques au-delà de l'imagerie et permettent une caractérisation incontestable des matériaux topologiques. En tant que telles, elles pourraient jeter un pont vers leurs applications lointaines dans les technologies quantiques", ajoute Felix Gerken, auteur principal et Ph.D. étudiant au CUI-Ecole Supérieure du Pôle d'Excellence. + Explorer plus loin

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