在超导领域的一项重大进展中，曼彻斯特大学的研究人员利用新创建的一维 (1D) 系统成功地在高磁场中实现了鲁棒的超导性。 这一突破为在量子霍尔体系中实现超导性提供了一条有希望的途径，这是凝聚态物理学中长期存在的挑战。
超导性是某些材料以零阻力导电的能力，对于量子技术的进步具有巨大的潜力。 然而，在以量子化电导为特征的量子霍尔体系中实现超导已被证明是一个巨大的挑战。
这项研究于本周（2024 年 4 月 25 日）发表在《自然》杂志上，详细介绍了由 Andre Geim 教授、Julien Barrier 博士和 Na Xin 博士领导的曼彻斯特团队为在量子霍尔体系中实现超导性所做的大量工作。 他们最初的努力遵循传统路线，即反向传播的边缘国家彼此靠近。 然而，这种方法被证明是有局限性的。
该论文的主要作者 Barrier 博士解释说：“我们最初的实验主要是出于对沿量子霍尔边缘态引起的邻近超导性的强烈持续兴趣。” “这种可能性导致了许多关于被称为非阿贝尔任意子的新粒子出现的理论预测。”
然后，该团队探索了一种新策略，其灵感来自于他们早期的工作，证明石墨烯中域之间的边界可能具有高导电性。 通过将这种畴壁放置在两个超导体之间，他们实现了反向传播边缘态之间所需的最终接近，同时最大限度地减少了无序效应。
巴里尔博士回忆道：“我们被鼓励在我们制造的每台设备中观察到相对‘温和’温度下高达一开尔文的巨大超电流。”
进一步的研究表明，邻近超导性并非源自沿畴壁传播的量子霍尔边缘态，而是源自存在于畴壁本身内的严格一维电子态。 这些一维态已被国家石墨烯研究所 Vladimir Fal’ko 教授的理论小组证明存在，与量子霍尔边缘态相比，它们表现出更强的超导杂化能力。 内部态固有的一维性质被认为是在高磁场下观察到的鲁棒超电流的原因。
单模一维超导性的这一发现为进一步研究提供了令人兴奋的途径。 “在我们的设备中，电子在同一Nano级空间内以两个相反的方向传播，并且没有散射，”巴里尔博士解释道。 “这种一维系统非常罕见，有望解决基础物理学中的各种问题。”
该团队已经证明了使用栅极电压操纵这些电子状态并观察调制超导特性的驻电子波的能力。
辛博士总结道：“思考这个新颖的系统未来能给我们带来什么是很有趣的。一维超导性为实现结合量子霍尔效应和超导性的拓扑准粒子提供了另一种途径。” 这只是我们的发现所具有的巨大潜力的一个例子。”
第一个二维材料石墨烯问世 20 年后，曼彻斯特大学的这项研究代表了超导领域又向前迈出了一步。 这种新型一维超导体的开发预计将为量子技术的进步打开大门，并为进一步探索新物理学铺平道路，吸引各个科学界的兴趣。
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