微小扭曲超导体的令人兴奋的可能性

运输能源的成本很高。当电流流过导电材料时，由于材料中的粒子相互作用，一些能量会因电阻而损失——只需注意手机或笔记本电脑的热量即可。这种能量损失给许多技术的进步带来了障碍，科学家们正在寻找制造消除电阻的超导体的方法。

如果超导体具有拓扑特性，还可以为容错量子计算提供平台。后者的一个例子是量子霍尔效应，其中电子的拓扑导致普遍的“量子化”电阻，精度高达十亿分之一，这在气象学中得到了应用。不幸的是，量子霍尔效应需要极强的磁场，通常不利于超导性。这使得寻找拓扑超导体成为一项具有挑战性的任务。

在《物理评论快报》和《物理评论B》上的两篇新论文中，康涅狄格大学物理学家帕维尔·沃尔科夫(Pavel Volkov)和他的同事提出了如何通过实验操纵量子粒子(称为准粒子)在非常薄的普通超导体层中，通过稍微扭曲堆叠层来创建拓扑超导体。

Volkov解释说，有很多关于通过将二维材料层堆叠在一起来设计材料的研究：

“最著名的是，这是用石墨烯完成的。以特定方式堆叠两个石墨烯层会产生许多有趣的新现象。有些与高温超导体中的那些相似，这是出乎意料的，因为石墨烯本身不是超导体。

当材料在没有任何电阻或能量损失的情况下传导电流时，就会发生超导性。由于电阻对许多技术来说都是一个挑战，超导材料有可能彻底改变我们的做事方式，从能量传输到量子计算，再到更高效的MRI机器。

然而，沃尔科夫说，赋予超导体拓扑特性具有挑战性，到目前为止，还没有材料可以可靠地作为拓扑超导体发挥作用。

研究人员推测，扭曲的超导体层内部发生的事情与它们之间施加的电流之间存在错综复杂的关系。沃尔科夫说，电流的应用使超导体中的准粒子表现得好像它们在拓扑超导体中一样。

“扭曲本质上是决定属性，有趣的是，它给了你一些非常意想不到的属性。我们考虑将扭曲应用于具有特殊超导形式的材料，称为节点超导，“沃尔科夫说。

“对我们来说幸运的是，存在这样的超导体，例如，铜酸盐高温超导体是节点超导体。我们声称的是，如果你在这种超导体的两个扭曲层之间施加电流，它就会成为拓扑超导体。

Volkov解释说，原则上，电流诱导拓扑超导性的提议适用于任何扭转角，并且有广泛的角度可以优化特性，这与迄今为止研究的其他材料不同。

“这很重要，因为，例如，在扭曲的双层石墨烯中，观察有趣的新现象需要将两层对齐到1.1度，而偏差1.<>度是非常有害的。这意味着在找到有效的样品之前需要制作大量样品。对于我们的提议，这个问题不会那么糟糕。如果你错过了角度，即使错过了一定程度，它也不会破坏我们预测的效果。

Volkov预计，这种拓扑超导体有可能比目前市场上的任何其他产品都要好。虽然需要注意的是，他们并不确切知道所得材料的参数是什么，但他们的估计可能对原理实验的证明有用。

研究人员还发现了扭转角度特殊值的意外行为。

“我们发现了角度的一个特殊值，即所谓的'魔角'，在那里应该出现一种新的状态 - 一种磁性形式。通常，磁性和超导性是对抗现象，但在这里，超导性会产生磁性，而这正是由于层的扭曲结构而发生的，“沃尔科夫说。

通过实验证明这些预测将带来更多的挑战，包括使原子厚的层本身更好，并确定难以测量的参数，但沃尔科夫说，开发这些高度复杂的材料背后有很多动机。

“基本上，到目前为止的主要问题是候选材料很难使用。世界上有几个团体试图这样做。我们的提案所需的节点超导体单层已经实现，扭曲薄片的实验正在进行中。然而，这些材料的扭曲双层尚未得到证实。这是面向未来的工作。

沃尔科夫说，这些材料有望改善我们在日常生活中使用的材料。已经使用的利用拓扑状态的东西包括用于高精度设置电阻标准的设备。拓扑超导体在量子计算中也具有潜在的用途，因为它们是容错量子比特(量子计算中的信息单位)提案的必要成分。沃尔科夫还强调了拓扑材料对精密物理学的前景，

“拓扑状态很有用，因为它们允许我们使用材料进行精确测量。拓扑超导体可以让我们以前所未有的精度对自旋(电子磁矩)或热特性进行此类测量。

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