Dans une étude publiée dans Nature le 8 juin, une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Gao Hongjun de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a signalé l'observation d'un réseau majorana-mode zéro (MZM) à grande échelle, ordonné et accordable dans le supraconducteur à base de fer LiFeAs, ouvrant une nouvelle voie vers le futur calcul quantique topologique.

Les MZM sont des états liés à énergie nulle confinés dans les défauts topologiques des cristaux, tels que les défauts de ligne et les tourbillons induits par le champ magnétique. Ils sont caractérisés par microscopie/spectroscopie à effet tunnel (STM/S) sous forme de pics de conductance à polarisation nulle. Ils obéissent à des statistiques non abéliennes et sont considérés comme des blocs de construction pour le futur calcul quantique topologique.

Des MZM ont été observés dans plusieurs supraconducteurs à base de fer topologiquement non triviaux, tels que Fe (Te_0,55 Se_0.45) , (Li_0,84 Fe_0,16 )OHFeSe et CaKFe₄ Comme₄ . Cependant, ces matériaux souffrent de problèmes de désordre induit par l'alliage, de réseaux de vortex incontrôlables et désordonnés et du faible rendement des tourbillons topologiques, qui entravent tous leur étude et leur application ultérieures.

Dans cette étude, les chercheurs ont observé la formation d'un réseau MZM ordonné et accordable dans le supraconducteur naturellement contraint LiFeAs. En utilisant des STM/S équipés de champs magnétiques, les chercheurs ont découvert qu'une contrainte locale existe naturellement dans LiFeAs. Des bandes d'onde de densité de charge biaxiale (CDW) le long des directions Fe-Fe et As-As sont produites par la contrainte, avec des vecteurs d'onde de λ1 ~ 2,7 nm et λ₂ ~24,3 nm. Le CDW avec le vecteur d'onde λ₂ montre une forte modulation sur la supraconductivité de LiFeAs.

Sous un champ magnétique perpendiculaire à la surface de l'échantillon, les tourbillons émergent et sont forcés de s'aligner exclusivement le long des bandes As-As CDW, formant un réseau ordonné. La symétrie cristalline réduite conduit à un changement radical des structures de bande topologiques au niveau de Fermi, transformant ainsi les vortex en vortex topologiques hébergeant des MZM et formant un réseau MZM ordonné. De plus, la densité et la géométrie du réseau MZM sont réglables par un champ magnétique externe. Les MZM commencent à se coupler sous des champs magnétiques élevés.

Cette observation d'un réseau MZM à grande échelle, ordonné et accordable dans LiFeAs élargit la famille MZM trouvée dans les supraconducteurs à base de fer, fournissant ainsi une plate-forme prometteuse pour manipuler et tresser les MZM à l'avenir, selon les chercheurs.

Ces découvertes pourraient éclairer l'étude du calcul quantique topologique à l'aide de supraconducteurs à base de fer. + Explorer plus loin

Supraconductivité topologique d'ordre supérieur dans un supraconducteur monocouche à base de fer