据报道，数十年来物理学家无法突破的发现在普林斯顿大学的实验室中首次发现——超导电流沿着超导材料的外边缘流动。

　　普林斯顿大学的科学家们发现了一种超导电流，该电流沿着材料的边缘传播而不会散布到中间。

　　沿材料外边缘检测到的超导电流

　　该小组研究的资深作者奈普·昂（Nai Phuan Ong）于5月1日在《科学》杂志上发表了文章：“我们的动机是，当材料的内部不是绝缘体而是超导体时，会发生什么？当拓扑材料中发生超导时，会出现什么新颖的特征？”

　　为了研究拓扑材料中的超导性，研究小组使用了一种具有拓扑特性的晶体材料，该材料是100毫开尔文（-459华氏度）以下的超导体，称为二碲化钼。

　　通常，电流流过而不会损失能量的超导电流会渗透到整个材料中。但是，在冷却至绝对零附近的二碲化钼薄板中，内部和边缘构成了两个彼此不同的超导体。Ong补充说，在材料中，丝束超导体“基本相互忽略”。

　　拓扑绝缘子

　　外部和内部之间的区别使二碲化钼成为拓扑材料的一个例子。这些材料的行为与拓扑，数学领域紧密相关，可以用作拓扑绝缘体，电流可以在材料的表面而不是内部流动。

　　拓扑绝缘体是具有绝缘内部和导电表面的晶体。与电子可以从一个原子跳到另一个原子的导电材料相反，绝缘子中的电子无法移动，但是，拓扑绝缘子允许电子在其导电表面上移动。

　　该图说明了超导性及其对电流的抵抗力。图中的锯齿状图案表示超导的振荡，该振荡随所施加磁场的强度而变化。图片归功于普林斯顿大学的Stephan Kim

　　将超导状态推到极限

　　电气工程专业的研究生斯蒂芬·金（Stephan Kim）进行了该项目的许多实验，他说：“到目前为止，大多数实验都涉及通过将一种材料与另一种材料相互靠近，试图将“超导”注入拓扑材料。我们的测量的不同之处在于我们没有注入超导性，但是我们仍然能够显示边缘状态的特征。”

　　最初，团队在实验室中生长晶体，然后将其冷却至发生超导的温度。然后，通过向晶体施加弱磁场，电流会随着磁场的增加而显示出振荡。在实验中，Kim及其同事逐渐增加了材料上的磁场，并测量了在超导状态消失之前可以增加多少磁场，该值称为“临界电流”。?

　　随着磁场的增大，临界电流以重复的模式振荡-边缘超导体的明显信号。这种振荡是由电子形成库珀对的超导体的物理特性引起的。这些对作为一个统一的整体，全部具有相同的量子态或波函数。

　　这对量子计算意味着什么？

　　Ditelluride钼是一种类似金属的化合物，称为Weyl半金属。由于其非同寻常的特性，科学家们认为它可以保留马约拉纳费米子（一种具有更好量子计算机前景的材料）中的干扰。期望基于量子拓扑的计算机能够抵抗可能损害量子计算的抖动。?

　　科学家面临的下一个重大挑战是将这些马约拉纳费米子变成量子比特或单个计算单位，这将是向实用量子计算的巨大飞跃。

　　从理论上讲，一个量子位将由成对的马约拉那费米子组成，每对费米子与其伴侣分开。如果该对中的一个成员因噪声错误而中断，则另一个成员应保持不受影响，从而保持qubit的完整性，从而使其能够正确执行计算。?

　　量子位发展的困难

　　迄今为止，具有马里亚纳费米子的基于半导体的装置很难进行扩展。这是因为实用的量子计算机需要数千或数百万个量子位，而这些量子位则需要生长非常精确的半导体材料晶体，而这些晶体很难转变成高质量的超导体。这就是拓扑绝缘体的来源。

本文翻译自：https://www.allaboutcircuits.com/news/new-superconducting-current-found-travelling-along-the-outer-edges-of-a-superconductor/