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記者從北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王健教授團隊獲悉，他們和美國波士頓學(xué)院汪自強教授等合作，首次在二維鐵基高溫超導(dǎo)體中一維原子鏈缺陷兩端發(fā)現(xiàn)了馬約拉納零能模，為最終實現(xiàn)拓?fù)淞孔佑嬎愕於酥匾A(chǔ)。

近年來，研制超越經(jīng)典計算機運算能力的量子計算機，已成為國際前沿焦點和各國實現(xiàn)量子超越的核心方向。然而量子計算面臨的最大問題是，由于存在退相干效應(yīng)，量子比特的運算需要更多比特數(shù)來糾錯。因此，探索可容錯量子計算——即對環(huán)境細(xì)節(jié)不敏感的拓?fù)淞孔佑嬎悖统蔀樽罱K實現(xiàn)規(guī)模化量子計算的重要途徑。

王健介紹說：“凝聚態(tài)物質(zhì)中馬約拉納準(zhǔn)粒子的零能束縛態(tài)被稱為馬約拉納零能模，具備抗局域干擾和高容錯的特性，被認(rèn)為是實現(xiàn)拓?fù)淞孔颖忍氐幕A(chǔ)。”

王健指出，目前探測馬約拉納零能模需要構(gòu)造工藝復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，且進行觀測需要極低溫及外加磁場，這都給馬約拉納零能模可能的應(yīng)用帶來極大困難和挑戰(zhàn)。

在最新研究中，王健團隊通過分子束外延技術(shù)，在鈦酸鍶襯底上成功制備出大尺度、高質(zhì)量的單層FeTe0.5Se0.5高溫超導(dǎo)薄膜，厚度約為0.59納米，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為零下211攝氏度，遠(yuǎn)高于塊材Fe(Te,Se)的零下258攝氏度。

據(jù)王健介紹，利用原位低溫掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜技術(shù)，他們在薄膜表面發(fā)現(xiàn)了一種由最上層Te/Se原子缺失形成的一維原子鏈缺陷，并在缺陷兩端同時觀測到了零能束縛態(tài)，而且發(fā)現(xiàn)該束縛態(tài)具有良好的抗干擾性，汪自強教授團隊則對此提出了可能的理論解釋。

王健說：“這一工作首次揭示了二維高溫超導(dǎo)體FeTe0.5Se0.5單層薄膜中的一類拓?fù)渚€缺陷端點處的零能激發(fā)，具備單一材料、較高工作溫度和零外加磁場等優(yōu)勢，為進一步實現(xiàn)可應(yīng)用的拓?fù)淞孔颖忍靥峁┝艘环N可能的方案。”

該研究發(fā)表于9日的《自然·物理》在線版，得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、中科院卓越創(chuàng)新中心、北京市自然科學(xué)基金和美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)基金的支持。(記者劉霞)