Hatasız kuantum hesaplama, topolojik süper iletken olarak bilinen bir tür sıfır dirençli malzeme ile mümkün olabilir, ancak böyle bir malzeme yaratma girişimleri şimdiye kadar başarılı olamamıştır. Yakın zamanda geliştirilen ve topolojik süper iletken üretme potansiyeline sahip bir fabrikasyon yönteminin çok önemli bir testi geçtiği araştırmacılar tarafından gösterildi.
Elektrik akımlarının sınırlarıyla sınırlı olduğu küçük bir malzeme katmanı olan topolojik yalıtkanın üzerinde süper iletken bir katman oluşturdular. Biriktirilmiş metal “tohumu” kullanan süreç, topolojik yalıtkanın yüzeyinde bir sıvı gibi yayılarak yeni bir kristal yapı oluşturuyor. Ortaya çıkan malzeme sıfır direnç gösterse de, topolojik bir süper iletken olup olmadığını belirlemek için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.
Bu teknik, potansiyel olarak yeni topolojik süperiletkenlerin yaratılmasına yol açabilir, öyle olmasa bile.
Kuantum-mekanik süreçler nedeniyle, birçok farklı malzeme türü, çevrelerindeki değişikliklere nispeten dirençli olan topolojik elektriksel özelliklere sahiptir. Topolojik süperiletkenlerdeki elektronların bir gün kuantum bitleri (kübitler) için kullanılabilecek kolektif kuantum durumları yaratacağı tahmin edildiğinden, bu sağlamlık bu malzemeleri içeren hesaplamalarda hataların azalmasına neden olabilir.
Topolojik süperiletkenler yaratmaya yönelik çeşitli girişimlerden çelişkili sonuçlar elde edilmiştir. Princeton Üniversitesi’nden Sanfeng Wu’ya göre, yöntemlerden biri 2 boyutlu topolojik bir malzemede süperiletkenlik yaratmak. Ancak bu yaklaşım sadece az sayıda özel durumda başarılı olmuş ve bu da topolojik süperiletkenliğin varlığını doğrulama çabalarını sınırlamıştır.
Wu ve arkadaşları geçen yıl 2D topolojik süperiletkenler oluşturmak için genel bir teknik olduğuna inandıkları bir yöntem geliştirdiler. Yöntem, metal atomlarını ince bir yalıtkan malzeme filmine sokmaktır. İki madde temas ettiğinde, atomik karışımın ara yüzeylerde meydana geldiği iyi bilinmektedir. Ancak Wu, atomların genellikle sadece nanometrelik mesafeler boyunca yayıldığını ve bunu düzensiz bir şekilde yaptıklarını belirtiyor. Araştırmacılar, topolojik bir yalıtkan olan tungsten ditellüridin (WTe2) tek bir katmanının üzerine küçük bir metal paladyum (Pd) bloğu yerleştirerek ve sıcaklığı 200 °C’ye çıkararak atomların daha uzağa gidebildiğini keşfetti. Paladyum atomları yaklaşık bir saat sonra 10 µm kadar geniş bir alana dağıldı.
Paladyumun 1500 °C’de eridiği düşünüldüğünde, Wu şöyle açıklıyor: “Bu, bir film üzerine yayılan bir sıvı gibi, ki bu şaşırtıcı.” Şimdiye kadar görülmemiş bir kristal yapı olan Pd7WTe2, istilacı atomlar tarafından oluşturuldu.
Bu yeni malzemenin süper iletken olduğu araştırmacılar tarafından tespit edildi. Ayrıca, alternatif malzemeleri araştırdılar ve atom yayma yönteminin çok yönlülüğünü gösterdiler. Molibden ditellürid (MoTe2) özellikle ilgi çekicidir, çünkü son araştırmalara göre, bükülmüş bir MoTe2 çift katmanı – biri diğerine göre hafifçe döndürülmüş iki tek katman – nadir bir topolojik özellik olan kesirli kuantum anormal Hall etkisini göstermektedir.
MoTe2 havada bozulduğu için onu diğer malzemelerle entegre etmek son derece zordur. Wu ve arkadaşları, bir paladyum tohumu kullanarak üstte ve altta bor nitrür katmanlarıyla korunan bükülmüş bir MoTe2 çift katmanında süper iletkenlik yarattı.
Araştırmacılara göre, yaklaşımları 2D topolojik malzemelere süper iletkenlik eklemek için çok uyarlanabilir bir yol sağlıyor. Atomların yayılması kontrol edilerek belirli boyutlarda süper iletken diskler veya halkalar oluşturulabilir.
Ortaya çıkan “adalar” daha sonra, süper iletken kübitlerde kullanılan devre elemanları olan Josephson bağlantıları da dahil olmak üzere cihazlar üretmek için köprüler kullanılarak birleştirilebilir. Ekipte yüksek lisans öğrencisi olan Yanyu Jia şunları ekliyor: “Bu teknikle, 2 boyutlu bir malzemeyi, cihazları üzerine ‘boyayabileceğimiz’ bir tuval olarak düşünebiliriz.”
Daha sonra bu aygıtlar, topolojik süperiletkenlerde beklenen olağandışı davranışı ortaya çıkarabilecek süperiletkenlik durumunun özelliklerini araştırmak için kullanılabilir.
Basel Üniversitesi’nden İsviçreli nanoteknoloji uzmanı Christian Schönenberger’e göre mevcut keşif, yakın zamanda kendi ekibi tarafından WTe2’de indüklenmiş süperiletkenliğin gösterilmesinden esasen farklı değil. Ancak Wu, iki çalışma arasında bazı önemli farklar olduğunu düşünüyor; örneğin, ekibinin tespit ettiği daha geniş kapsama alanı, atom hareketi için farklı bir yönteme işaret ediyor olabilir.
Almanya’daki Köln Üniversitesi’nden malzeme bilimcisi Yoichi Ando da yeni ve beklenmedik bir kimyasal reaksiyonun iş başında olduğu konusunda hemfikir. Ando şöyle diyor: “Bu tekniğin, 2 boyutlu malzemeler üzerinde çalışan geniş bir araştırmacı yelpazesinin yeni bir üretim aracı olarak ilgisini çekeceğine inanıyorum.”
Grubu MoTe2’de fraksiyonel kuantum anormal Hall etkisini gören Seattle’daki Washington Üniversitesi’nden Xiaodong Xu’ya göre “bu çok heyecan verici bir sonuç”. Ona göre yeni yöntem, isteğe bağlı 2 boyutlu süper iletken üretimi sunuyor. Xu, “Bu güçlü yaklaşım birçok yeni cihaz yapısına olanak sağlayabilir” diye açıklıyor. “Çalışmayı öğrendikten sonra grubum bu sonuçların bazılarını zaten kopyaladı.”
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/100
