Mágneses nanoszerkezetek kvantumállapotai
2021. április 18.
Munkatársaink új eredményei elősegíthetik topologikusan védett kvantumállapotok létrehozását és kísérleti vizsgálatát. Publikáció a Nature Communications folyóiratban.
Philip Beck, Lucas Schneider, Levente Rózsa, Krisztián Palotás, András Lászlóffy, László Szunyogh, Jens Wiebe & Roland Wiesendanger
Spin-orbit coupling induced splitting of Yu-Shiba-Rusinov states in antiferromagnetic dimers
Nature Communications volume 12, Article number: 2040 (2021)
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22261-6
Újabb lépés a kvantuminformáció-technológiában: mágneses nanoszerkezetek újszerű kvantumállapotai szupravezető felületeken
Az atomi skálájú hibrid mágneses-szupravezető rendszerek létrehozása újfajta alkalmazások felé nyit utat a kvantuminformáció-technológia területén. Szupravezetőre helyezett mágneses atomok közelében ún. Yu-Shiba-Rusinov-állapotok (YSR) jönnek létre, melyek a nanomágnes-szupravezető rendszerek topologikus kvantumállapotainak alapkövei. A Hamburgi Egyetem kísérleti kutatóival folytatott német-magyar együttműködésben egyetemünk munkatársai, Palotás Krisztián, Lászlóffy András és Szunyogh László, valamint egy korábbi BME-s diák, Rózsa Levente (Konstanzi Egyetem) sikeresen járultak hozzá a mangán atomok által keltett YSR állapotok elméleti értelmezéséhez szupravezető nióbium felületén. Kutatásaik fókuszában a mesterségesen létrehozott, ferromágnesesen, illetve antiferromágnesesen (AFM) csatolt mangán dimerek YSR-állapotainak vizsgálata állt és kísérletileg elsőként mutatták ki, hogy az atomi YSR-állapotok az antiferromágneses beállás esetén is felhasadnak. A korábbi munkákban a felhasadt YSR-állapotok jelenlétéből arra következtettek, hogy a szupravezetőhöz csatolt dimerekben az AFM spinbeállás kizárható. A német és magyar kutatók új felfedezése szükségessé teszi ezen kísérletek felülvizsgálatát. Az elméleti és numerikus számítások a felhasadt YSR-állapotok jelenlétét az AFM dimerekben egyértelműen az elektron spin- és pályamomentumai között fellépő kölcsönhatás, az ún. spin-pálya-csatolás hatásával és a felületi inverziós szimmetria hiányával magyarázták. A Nature Communications folyóiratban (Nature Communications 12, 2040 (2021)). közölt eredmények előrevetítik, hogy antiferromágneses atomi láncokban is lehetséges a YSR-állapotokból sávokat kialakítani, új lehetőséget nyitva a topologikus kvantumszámítás realizációjára.
Ábra: Hibridizált YSR-állapotok egy AFM Mn dimerben Nb(110) felületen numerikus számítások alapján. A bal oldali kék görbék az állapotsűrűséget (YSR: α, β, γ, δ) mutatják az energia függvényében a Nb szupravezető tiltott sávjában, a jobb oldalon a YSR-állapotok térbeli kiterjedése látható. Felső sor: spin-pálya csatolás nélkül a YSR-állapotok nem hasadnak fel; alsó sor: spin-pálya csatolás jelenlétében felhasadások (1,2) láthatók. Forrás: Nature Communications 12, 2040 (2021).
