Πώς να εντοπίσετε χειρόμορφη υπεραγωγικότητα σε νέα υλικά

Η χειραλική υπεραγωγιμότητα είναι μια σπάνια και εξωτική μορφή υπεραγωγιμότητας στην οποία η υπεραγωγική κατάσταση σπάει τη συμμετρία-αναστροφής του χρόνου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μια σειρά από ασυνήθιστες ιδιότητες, όπως ο σχηματισμός των φερμίων της Majorana και η δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου χωρίς εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για τον εντοπισμό χειραλικής υπεραγωγιμότητας σε νέα υλικά. Ένας τρόπος είναι να αναζητήσουμε την παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου χωρίς εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών, όπως μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης ή μαγνητομετρία καλαμάρια.

Ένας άλλος τρόπος για να εντοπιστεί η χειρόμορφη υπεραγωγιμότητα είναι να αναζητηθούν η παρουσία των φερμίων της Majorana. Τα Fermions Majorana είναι quasiparticles που είναι τα δικά τους αντίπωτα και έχουν προβλεφθεί ότι υπάρχουν σε χειρόμορφα υπεραγωγικά. Μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών, όπως η μικροσκοπία σήραγγας σάρωσης ή η φασματοσκοπία Josephson.

Τέλος, η χειρόμορφη υπεραγωγικότητα μπορεί επίσης να ταυτιστεί αναζητώντας την παρουσία ενός μη μηδενικού αριθμού. Ο αριθμός Chern είναι ένας τοπολογικός αμετάβλητος που χαρακτηρίζει τις τοπολογικές ιδιότητες ενός υλικού. Μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών, όπως υπολογισμούς δομής ζώνης ή μετρήσεις μεταφοράς.

Εάν ένα υλικό παρουσιάζει οποιαδήποτε από αυτές τις ιδιότητες, είναι μια ισχυρή ένδειξη ότι είναι ένας χειρόμορφος υπεραγωγός. Περαιτέρω πειράματα μπορούν στη συνέχεια να πραγματοποιηθούν για να επιβεβαιωθεί η παρουσία χειραλικής υπεραγωγιμότητας και να μελετηθεί οι ιδιότητές του.

Ακολουθούν μερικές συγκεκριμένες πειραματικές τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό χειραλικής υπεραγωγιμότητας σε νέα υλικά:

* Μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης: Αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από έναν χειρόμορφο υπεραγωγό. Μία αιχμηρή άκρη έρχεται κοντά στην επιφάνεια του υλικού και μετράται η μαγνητική δύναμη μεταξύ του άκρου και του υλικού. Εάν το υλικό είναι ένας χειρόμορφος υπεραγωγός, η μαγνητική δύναμη θα είναι μη μηδενική.

* μαγνητομετρία Squid: Αυτή η τεχνική μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από έναν χειρόμορφο υπεραγωγό. Ένα καλαμάρι (υπεραγωγική συσκευή κβαντικής παρεμβολής) είναι ένα πολύ ευαίσθητο μαγνητόμετρο που μπορεί να ανιχνεύσει εξαιρετικά αδύναμα μαγνητικά πεδία. Εάν το υλικό είναι ένας χειρόμορφος υπεραγωγός, το καλαμάρι θα ανιχνεύσει ένα μη μηδενικό μαγνητικό πεδίο.

* Μικροσκοπία σήραγγας σάρωσης: Αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση της επιφάνειας ενός υλικού σε ατομικό επίπεδο. Εάν το υλικό είναι ένας χειρόμορφος υπεραγωγός, το μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης θα αποκαλύψει την παρουσία των Fermions Majorana. Τα Fermions Majorana είναι quasiparticles που είναι τα δικά τους αντίπωτα και έχουν προβλεφθεί ότι υπάρχουν σε χειρόμορφα υπεραγωγικά.

* φασματοσκοπία Josephson: Αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων ενός χειρόμορφου υπεραγωγού. Εάν το υλικό είναι ένας χειρόμορφος υπεραγωγός, η φασματοσκοπία Josephson θα αποκαλύψει την παρουσία ενός μη μηδενικού αριθμού Chern. Ο αριθμός Chern είναι ένας τοπολογικός αμετάβλητος που χαρακτηρίζει τις τοπολογικές ιδιότητες ενός υλικού.

Αυτές είναι μόνο μερικές από τις πειραματικές τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό χειραλικής υπεραγωγιμότητας σε νέα υλικά. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνικές, οι επιστήμονες μπορούν να αποκτήσουν καλύτερη κατανόηση αυτής της σπάνιας και εξωτικής μορφής υπεραγωγιμότητας και των πιθανών εφαρμογών της.