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德国于利希研究中心ACS Nano: 拓扑绝缘体异质结中原子扩散诱导的极化和超导性

时间：2024-05-31 来源： 浏览：

德国于利希研究中心ACS Nano: 拓扑绝缘体异质结中原子扩散诱导的极化和超导性

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2023年12月21日，ACS Nano在线发表了德国于利希研究中心 Xian-Kui Wei和 德国维尔茨堡大学Philipp Rüßmann 课题组的研究论文，题目为《 Atomic Diffusion-Induced Polarization and Superconductivity in Topological Insulator-Based Heterostructures 》。

马约拉纳 零模（MZMs）由于其在量子计算中的潜在应用 而成为凝聚态系统中最令人兴奋的研究课题之一 。从本质上讲，MZMs服从非阿贝尔编织统计。根据物质的非平庸拓扑态，预测MZMs要么出现在一维或二维的无自旋p波拓扑超导体中， 要么出现在s波 超导体 与拓扑绝缘体界面的近邻诱导超导性中 。

s波超导体 和拓扑绝缘体的高度透明界面处的近邻效应为在人工设计的异质结中创建 MZMs 提供了一个很有前途的平台。然而，到目前为止，与这种界面相关的结构和化学问题 尚未得到充分探讨 尚未得到充分探讨 。

在此研究中，作者报道了 利用 原子分辨率扫描透射电子显微镜（STEM） 在超导 P d 1+x (Bi 0.4 Te 0.6 ) 2 （xBT ，0 ≤ x ≤ 1）和Pd插层Bi 2 Te 3 之间的界面处发现了Pd扩散诱导的极化 。定量图像分析表明， 纳米尺度的晶格应变和QL极性 分别在Te-Pd-Bi三层（TLs）和Te-Bi-Te-Bi-Te五层（QLs）之间形成的正常界面和平行界面上协同抑制和促进Pd扩散 。此外，第一性原理计算揭示了 xBT相的超导性和Pd插层 Bi 2 Te 3 相的拓扑性质对反演对称性破缺是鲁棒的 。这项研究发现指出了在这种 s波超导体 -拓扑绝缘体 体系中考虑电极化与超导性和拓扑共存的必要性。

图1  中间xBT相和界面失配位错

图2  Pd扩散诱导的极性

图3 界面附近极性介导的Pd扩散

图4 xPBT相的电子结构和超导性

图5 Pd扩散时Bi 2 Te 3 的能带反转

【 论文链接 】
Wei, X., Jalil, A.R., Rüßmann, P . et al. Atomic Diffusion-Induced Polarization and Superconductivity in Topological Insulator-Based Heterostructures . ACS Nano , 2024 , 18, 571–580 . https://doi.org/ 10.1021/acsnano.3c08601

【其他相关文献】

[1] Kuroda, K., Miyahara, H., Ye, M. et al. Experimental verification of PbBi 2 Te 4 as a 3D topological insulator. Phys. Rev. Lett. , 2012 , 108, 206803. https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.108.206803
[2]  Zhang, X., Liu, Q., Xu, Q. et al. Topological insulators versus topological dirac semimetals in honeycomb compounds. J. Am. Chem. Soc. , 2018 , 140, 13687–13694. https://doi.org/ 10.1021/jacs.8b06652
宾夕法尼亚州立大学Nat. Commun.: 外延拓扑绝缘体/铁硫族化物异质结中Dirac费米子辅助的界面超导性
宾夕法尼亚州立大学帕克分校Nat. Mater.: 外延拓扑绝缘体/石墨烯/镓异质结中近邻诱导的超导
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