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).