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Dienstag, 19 Mai 2020 10:24

Topologische Supraleitung im Nanodraht

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Topologische Medien können eine Vielzahl exotischer Quantenzustände besitzen, die für eine ganze Reihe von Anwendungsgebieten von Interesse sind. Dazu gehören insbesondere Majorana-Moden, die einzigartige Eigenschaften mit sich bringen. Dabei handelt es sich um fermionische Teilchen oder Quasiteilchen, die zugleich ihre eigenen Antiteilchen sind. In der Festkörperphysik sind Majorana-Nullmoden interessant, die an den Enden eindimensionaler topologischer Supraleiter auftreten. Diese Zustände sol-len eine nichttriviale Verzweigungsstatistik aufweisen. Das macht solche Majorana-Nullmoden interessant für die Quanteninformationsverarbeitung, da auf diese Weise topologisch geschützte Datenprozessierung möglich werden könnte.

Ein Forscherteam mit Beteiligung der Universität Kopenhagen, des Microsoft Quantum Lab und der Yale University hat nun eine interessante neue Möglichkeit aufgezeigt, wie man Nanodrähte mit Majorana-Nullmoden herstellen kann, die mit vergleichsweise geringen magnetischen Feldstärken ansprechbar sind. Die Drähte sind auch vollständig umhüllt, was ihre Langlebigkeit erhöht und vorteilhaft für die Einsatzmöglichkeiten in künftigen Quantencomputern ist.

Die Forscher konstruierten ihre Nanodrähte aus einem hexagonalen Halbleiterkern aus Indiumarsenid, der einen maximalen Durchmesser von 130 Nanometern besaß. Dieser Kern war vollständig umschlossen von einer 30 Nanometer dicken Aluminiumhülle. Den Halbleiterkern erzeugten sie mittels Molekularstrahlepitaxie auf einem Indiumarsenid-Substrat, das auf 420 Grad Celsius aufgeheizt war. Damit ließen sich Längen bis hin zu etwa zehn Mikrometern erzielen. Anschließend wurden die Drahtkerne mit Aluminium beschichtet, indem das Substrat mit den Drähten langsam vor einer Aluminiumdampfquelle rotierte, so dass alle sechs Seiten gleichmäßig mit Aluminium überzogen wurden. Anschließende Messungen konnten zeigen, dass schon bei mäßigen magnetischen Feldstärken von 0,1 Tesla Majorana-Moden auftreten. Das vereinfacht nicht nur die Integration solcher Drähte in ein Quanten-Computing-System, sondern erhöht auch die Auswahl an möglichen Materialien deutlich, mit denen man arbeiten kann. Darüber hinaus wird der Nanodraht durch die feste Ummantelung von unerwünschtem Kontakt mit der Umgebung geschützt. Weitere Informationen sind in der Originalveröffentlichung zu finden:

S. Vaitiekėnas et al.: Flux-induced topological superconductivity in full-shell nanowires, Science 367, eaav3392 (2020); DOI: 10.1126/science.aav3392 (Center for Quantum Devices, University of Copenhagen)

pro-physik.de

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  • Ausgabe: 1
  • Jahr: 2019

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