PtBi₂ (платина-висмут-2) материалында жоғарғы беті асқынөткізгішке айналады: мұнда электрондар жұптасып, кедергісіз қозғала алады, бұл барлық асқынөткізгіштерге тән қасиет. Осы ерекшелігінің арқасында PtBi₂ өз бетінде магнитті ұстап тұра алады — бұл құбылыс левитация деп аталады. Алайда бұл материалдың бірегейлігі — электрондар жұптаса алмайтын алты бағыттың болуы, бұл PtBi₂-ні басқа асқынөткізгіштерден ерекшелендіреді.

PtBi₂-нің ерекше қасиеттері

PtBi₂ кристалында, сыртқы түрі қарапайым болғанымен, электрондар мүлде өзгеше мінез көрсетеді. IFW Dresden және ct.qmat кластерінің ғалымдары жүргізген соңғы зерттеулер тек жоғарғы және төменгі беттер ғана асқынөткізгіш бола алатынын көрсетті, бұл беттерде электрондар кедергісіз ағады. Ал материалдың ішкі бөлігіндегі электрондар кәдімгі күйінде қалып, асқынөткізгіштікке қатыспайды. Бұл құбылыс өзіндік құрылым — табиғи асқынөткізгіш «сэндвич» жасайды: сыртқы беттер электр тогын мінсіз өткізсе, ішкі қабаты металл күйінде қалады.

Топологиялық қорғаныс және ерекше симметрия

PtBi₂-дегі асқынөткізгіштік топологиялық қорғалған беткі электрондармен байланысты. Бұл қасиеттер өте тұрақты: олар кристалдың жалпы симметриясы бұзылмағанша, мысалы, пішіні өзгерсе немесе электромагниттік өріс әсер етсе де, сақталады. PtBi₂-нің ерекшелігі — жоғарғы беттегі электрондар әрдайым төменгі бетте сәйкес серіктестерін табады, кристалдың қалыңдығына қарамастан. Егер кристалды кессе, жаңа беттерде де дәл осындай беткі электрондар пайда болады.

Электрондардың ерекше жұптасуы

Доктор Сергей Борисенконың (IFW Dresden) зертханасында жүргізілген тәжірибелер барлық беткі электрондар асқынөткізгіштікке бірдей қатыспайтынын көрсетті. Бетте алты нақты бағытта электрондар мүлде жұптаспайды. Бұл ерекше көрініс PtBi₂ бетінде атомдардың үш есе осьтік симметриясымен байланысты. Кәдімгі асқынөткізгіштерде электрондар қозғалыс бағытына тәуелсіз жұптасады, ал кейбір ерекше материалдарда, мысалы, купраттарда төрт есе симметрия байқалады. PtBi₂ — жұптасу алты бағытпен шектелген алғашқы белгілі асқынөткізгіш.

Майоран бөлшектері және кванттық технологиялардың болашағы

PtBi₂-нің тағы бір маңызды ерекшелігі — оның шеттерінде Майоран бөлшектерінің пайда болуы. Бұл бөлшектер болашақта қателікке төзімді кубиттер құруға мүмкіндік беретін перспективалы құрылыс блоктары болып саналады. Есептеулерге сәйкес, PtBi₂-дегі топологиялық асқынөткізгіштік материалдың шеттерінде Майоран бөлшектерін автоматты түрде қалыптастырады. Тіпті кристалда сатылы шеттер жасаса, қажетті мөлшерде Майоран бөлшектерін алуға болады.

Майоран бөлшектері жұппен пайда болады, олар бірге бір электрон сияқты әрекет етеді, бірақ жеке-жеке ерекше қасиеттерге ие. Электронды «бөлу» концепциясы топологиялық кванттық есептеулердің негізінде жатыр, мұнда кубиттер шу мен қателіктерге әлдеқайда төзімді болады.

PtBi₂ қасиеттерін басқару жолдары

Енді PtBi₂-нің ерекше асқынөткізгіштігі мен шеткі Майоран бөлшектері анықталған соң, зерттеушілер осы құбылыстарды басқаруға назар аударуда. Бір тәсіл — материалдың қалыңдығын азайту, бұл ішкі қабатты өткізгіш металдан оқшаулағышқа айналдырып, кәдімгі электрондардың Майоран негізіндегі кубиттердің жұмысына кедергі келтіруін болдырмауға мүмкіндік береді. Тағы бір әдіс — магнит өрісін қолдану, ол Майоран бөлшектерін кристалдың шетінен бұрыштарына жылжытып, PtBi₂-ні болашақ кванттық технологиялар үшін платформа ретінде пайдаланудың жаңа мүмкіндіктерін ашады.