초전도 페르미 아크의 증거: 네이처 Evidence of superconducting Fermi arcs:Nature

 

양자 컴퓨팅에서 사용할 마조라나 페르미온을 생산하는 데 필수적인 요소는 위상 초전도성 1,2입니다. 벌크 위상 초전도체가 여전히 파악하기 어렵기 때문에 가장 유망한 접근 방식은 근접 유도 초전도성 3을 활용하여 시스템을 취약하고 4,5,6,7을 구현하기 어렵게 만듭니다. 

고유한 위상 8로 인해 바일 반금속도 잠재적인 후보 1,2이지만 항상 벌크 초전도성과 연결되어 위상 표면 상태인 페르미 아크의 고유한 초전도성이 이론 측면에서도 거의 주의를 기울이지 않고도 가능성을 남깁니다.

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여기서 각도 분해 광방출 분광법과 초기 계산을 통해 비중심대칭 바일 물질 삼각형 PtBi2의 두 반대 표면에서 위상 페르미 아크를 식별합니다(참조 9). 저희는 이러한 상태가 약 10K의 온도에서 초전도됨을 보여줍니다.

놀랍게도 해당 일관성 피크는 고체에서 광방출에 의해 감지된 가장 강하고 날카로운 여기로 나타납니다. 저희의 연구 결과는 PtBi2의 초전도성이 표면에서만 발생할 수 있음을 나타내며, 이는 본질적으로 위상 초전도체-정상 금속-초전도체 조셉슨 접합에서 마조라나 모드를 호스팅할 수 있는 플랫폼이 될 수 있음을 나타냅니다.

PtBi2. b의 결정 구조, 밴드 구조의 파편. 하나의 웨일 점이 포함되어 있습니다. c, 페르미 표면, 웨일 및 높은 대칭 점. 색상 척도는 페르미 속도를 나타냅니다. d, 웨일 점의 투영이 있는 브릴루인 영역의 γ MK 평면입니다. 마젠타(파란색) 색상은 양(음)의 키랄성을 나타냅니다. e, 서로 다른 광자 에너지를 사용하여 찍은 페르미 표면 지도와 밴드 구조 계산의 해당 결과입니다. 저희는 고정된 광자 에너지가 k-공간에서 큰 반경의 구를 조사하여 이론 데이터가 중앙의 한 지점에서만 형식적으로 일치한다는 점에 주목합니다. 이론적 페르미 지도는 실험적 불확실성을 설명하기 위해 kz 방향으로 브릴루인 영역 크기의 1/10 범위에서 평균화되었습니다. 이론적 페르미 지도의 강도는 서로 다른 kz 지점에 대한 상태 밀도로 정규화되었습니다. f,g, Left, 에너지-운동량 강도 분포는 e에서 파란색 점선 화살표로 표시된 절단을 따라 21eV(f) 및 19eV(g)입니다. 맞아, 밴드 구조 계산에서 가져온 해당 에너지-운동량 스펙트럼입니다.

a, 3 K에서 h ν = 5.9 eV를 사용하여 찍은 페르미 표면 지도. 아크는 다른 벌크에서 비롯된 특징과 함께 표시됩니다. b, a. c의 화살표로 표시된 운동량 절단을 따른 기본 분산, b.의 일반적인 EDC. 벌크 EDC는 0번째 운동량에 가까운 반면, 표면 EDC는 아크에 해당합니다. d, 본 연구에서 감지된 가장 좁고 강한 EDC 중 하나입니다. 즉, 다른 실험 기하학적 구조에서 브릴루앙 영역을 통과하는 다른 절단을 따라 보이는 아크입니다. f, 두 개의 아크를 가로지르는 경로를 따라 수평 편광 빛을 사용하여 취한 강도 분포. g, 계산에서 f에서와 동일한 운동량 및 에너지 범위입니다. 참고로, 약 200meV 결합 에너지에서의 표면 상태도 재현됩니다. h, k-공간의 동일한 영역에서 원형 이색성. 패널 a의 색상 막대는 패널 b,e,f 및 g에도 적용됩니다.

Evidence of superconducting Fermi arcs

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06977-7

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