Физики Кёльнского университета наблюдали андреевские моды в контакте Джозефсона на топологическом изоляторе
Эксперимент Кёльнского университета согласуется с моделью Фу и Кейна, но закрытие и повторное открытие щели, признак топологической сверхпроводимости, пока не подтверждено.
Физики Кёльнского университета наблюдали высокопрозрачные андреевские моды в контакте Джозефсона, созданном на поверхности трёхмерного топологического изолятора. Работа опубликована в Science Advances 30 октября 2026 года science.org
Science Advancesscience.orgОткрыть источник ↗. Якоб Шлюк, Элла Никодем и коллеги из Topological Matter Laboratory Cologne под руководством Ёити Андо сообщают, что поведение этих состояний соответствует теоретическим предсказаниям.
Поверхность топологического изолятора и моды Майораны
Топологические квантовые вычисления опираются на особые квантовые состояния, которые должны быть менее чувствительны к локальным возмущениям. В предложении Лян Фу и Чарльза Кейна 2008 года обычный сверхпроводник на топологическом изоляторе наводит сверхпроводимость в топологическом поверхностном состоянии. Связь спина с импульсом гарантирует там спин-невырожденные, идеально прозрачные андреевские моды, из-за которых щель закрывается при изменении разности фаз сверхпроводника. Такая топологическая сверхпроводимость могла бы привести к нулевым модам Майораны, которые изучают как возможную основу топологических кубитов.
Что показала туннельная спектроскопия
Контакт состоит из двух сверхпроводников, соединённых областью, которая сама не сверхпроводит. Авторы исследовали его через туннельные контакты, а разность фаз задавали петлёй потока. Высокопрозрачные андреевские моды появлялись в широком диапазоне химических потенциалов, что говорит в пользу их происхождения из топологического поверхностного состояния.
Во внешнем магнитном поле такие моды обнаружены локально, что согласуется с теоретическими предсказаниями для джозефсоновских вихрей в поверхностном состоянии science.org
Science Advancesscience.orgОткрыть источник ↗. Результаты также совпадают с численным моделированием группы Фабиана Хасслера из RWTH Aachen.
Важный вопрос остаётся открытым. В пределах разрешения эксперимента наблюдаемые моды могут указывать на закрытие и повторное открытие щели, что, возможно, свидетельствует о переходе к топологической сверхпроводимости. Нынешние измерения не позволяют установить это однозначно. По словам Шлюка, чтобы доказать топологический фазовый переход, нужно улучшить энергетическое и временное разрешение эксперимента, и это один из следующих шагов группы. Авторы заявляют, что результаты подтверждают фундаментальную роль связи спина с импульсом в андреевской физике топологического поверхностного состояния.
