Физики обнаружили неоспоримые доказательства хиральной сверхпроводимости
Физики-экспериментаторы и теоретики представили результаты исследования, которое может стать точкой в глобальном поиске хиральных сверхпроводников. В статье, опубликованной в ведущем научном журнале, авторы продемонстрировали «микроскопический отпечаток» фазовой закрученности параметра порядка в системе Sn/Si (111) — монослое олова на кремниевой подложке. В отличие от предыдущих кандидатов, где доказательства оставались косвенными из-за сложности многозонных структур, система на основе олова позволила увидеть фундаментальную квантовую симметрию в реальном пространстве.
Хиральная сверхпроводимость — это редкое состояние, в котором куперовские пары электронов обладают определённым спонтанным нарушением симметрии относительно обращения времени. Такая фаза теоретически предсказывает существование топологически защищённых краевых токов и майорановских мод — уникальных квазичастиц, которые не боятся внешних помех.
Главным препятствием для доказательства этой теории долгое время оставалась невозможность прямо зафиксировать «закрученность» волновой функции. Исследователи из MIT и их коллеги решили эту задачу, используя треугольную решётку атомов олова как идеально чистую «лабораторную платформу».
В центре каждого изображения (a) и (b) показан дефект замещения кремния. Выраженное тёмное пятно в центре панелей (a) и ©, обозначенное синими стрелками, является ключевым признаком хирального сверхпроводящего параметра порядка. Две верхние панели — экспериментальные данные; две нижние — результаты теоретического моделирования.Источник: Physical Review X (2026). DOI: 10.1103/jmmf-mpr8
Для идентификации хиральной фазы учёные применили метод сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) при экстремально низкой температуре — всего 400 мК (близко к абсолютному нулю). В центре внимания оказались точечные дефекты решётки — замещающие атомы кремния. Физики обнаружили уникальную дихотомию «узел — антиузел»: на месте дефекта при одной энергии наблюдается резкий провал плотности состояний (узел), а при другой — пик (антиузел). Теоретический анализ подтвердил, что такое «расслоение» электронной и дырочной компонент волновой функции возможно только при наличии ненулевого углового момента у сверхпроводящих пар, что является неоспоримым признаком хиральности.
Помимо спектральных аномалий, под микроскопом были зафиксированы сложные геометрические узоры интерференции квазичастиц, напоминающие «звёзды» и «цветы». Эти паттерны возникают из-за рассеяния электронов на дефектах и полностью соответствуют предсказаниям для хирального d-волнового спаривания.
Важнейшим преимуществом системы Sn/Si (111) стала её структурная простота: это однозонный моттовский диэлектрик, где физические процессы не маскируются влиянием соседних энергетических зон. Это позволило авторам построить математическую модель, которая идеально совпала с экспериментом без использования подгоночных коэффициентов.
Значение этого открытия выходит далеко за рамки чистой фундаментальной науки. Подтверждение физической реальности хиральной сверхпроводимости превращает слой олова на кремнии в универсальную платформу для изучения топологических квантовых фаз. В перспективе такие материалы станут аппаратной базой для создания отказоустойчивых квантовых вычислителей, защищённых от ошибок самой природой своей квантовой фазы. Таким образом, учёные не только разгадали загадку двадцатилетней давности, но и открыли дверь к практической реализации топологических технологий будущего.
© iXBT
