เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกระแสตัวนำยิ่งยวดบาคาร่าออนไลน์ที่เคลื่อนที่ไปตามขอบของวัสดุ เช่น รอยมดที่คลานไปตามขอบจานอาหารโดยไม่เข้าไปตรงกลางโดยปกติกระแสตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวซึ่งกระแสไฟฟ้าไหลโดยไม่สูญเสียพลังงานจะซึมผ่านวัสดุทั้งหมด แต่ในแผ่นโมลิบดีนัมไดเทลลูไรด์แผ่นบางๆ ที่แช่เย็นจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ภายในและขอบประกอบเป็นตัวนำยิ่งยวดที่แตกต่างกัน 2ตัว นักฟิสิกส์ นายพวน ออง และเพื่อนร่วมงานรายงานในวิทยาศาสตร์1 พฤษภาคม ตัวนำยิ่งยวดทั้งสองนั้น “โดยพื้นฐานแล้วไม่สนใจกันและกัน” Ong จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าว
ความแตกต่างระหว่างภายนอกและภายในนี้ทำให้โมลิบดีนัมไดเทลลูไรด์
เป็นตัวอย่างของสิ่งที่เรียกว่าวัสดุทอพอโลยี พฤติกรรมของพวกมันเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับสาขาคณิตศาสตร์ของโทโพโลยีซึ่งรูปร่างจะมีความแตกต่างกันก็ต่อเมื่อไม่สามารถขึ้นรูปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้โดยไม่ต้องตัดหรือหลอม ( SN: 10/4/16 ) ในฉนวนทอพอโลยีกระแสไฟฟ้าสามารถไหลบนพื้นผิวของวัสดุได้ แต่ไม่ใช่ภายใน เช่น มันฝรั่งที่หุ้มด้วยแผ่นฟอยล์ ( SN: 5/7/10 )
ในทำนองเดียวกัน ตัวนำยิ่งยวดเชิงทอพอโลยีก็มีตัวนำยิ่งยวดในการตกแต่งภายในและมีพฤติกรรมแตกต่างกันบนพื้นผิว แม้ว่านักวิจัยบางคนสงสัยว่าตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยีอาจเป็นโฮสต์ของตัวนำยิ่งยวดบนขอบของมัน แต่ก็ยังไม่มีใครพบ แต่ข้อสังเกตใหม่นี้ “น่าเชื่ออย่างยิ่ง” นักเคมีกายภาพ Claudia Felser จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์เคมีของของแข็งในเมืองเดรสเดนประเทศเยอรมนีซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว “มันน่าตื่นเต้นมากจริงๆ”
Molybdenum ditelluride เป็นสารประกอบคล้ายโลหะที่เรียกว่าWeyl semimetal ( SN: 7/16/15 ) คุณสมบัติที่ผิดปกติของมันอาจหมายความว่ามันสามารถ กักเก็บ Majorana fermionsการรบกวนภายในวัสดุที่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะใช้เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ดีขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมทอพอโลยีดังกล่าวคาดว่าจะต้านทานการกระวนกระวายใจที่บั่นทอนการคำนวณควอนตัม ( SN: 20/07/17 )
ในการทดลอง องและเพื่อนร่วมงานค่อยๆ เพิ่มสนามแม่เหล็กบนวัสดุ
พวกเขาวัดพร้อมกันว่าสามารถเพิ่มกระแสไฟฟ้าได้มากแค่ไหนก่อนที่สถานะตัวนำยิ่งยวดจะหายไปซึ่งเป็นค่าที่เรียกว่ากระแสวิกฤต เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น กระแสวิกฤตจะสั่น ใหญ่ขึ้น เล็กลง และใหญ่ขึ้นอีกครั้งในรูปแบบการทำซ้ำ ซึ่งเป็นจุดเด่นของตัวนำยิ่งยวดที่ขอบ
การสั่นเป็นผลมาจากฟิสิกส์ที่แปลกประหลาดของตัวนำยิ่งยวด ซึ่งอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นหุ้นส่วนที่เรียกว่าคูเปอร์ ทั้งคู่ทำหน้าที่เป็นหน่วยที่รวมกันเป็นหนึ่งเดียว โดยทั้งหมดอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกัน หรือฟังก์ชันคลื่น ซึ่งกำหนดความน่าจะเป็นที่จะพบอนุภาคที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง
แผนภาพกระแสตัวนำยิ่งยวด
กระแสตัวนำยิ่งยวด (ลูกศรสีขาว) วิ่งรอบขอบแผ่นบาง ๆ ของโมลิบดีนัม ไดเทลลูไรด์ (รูปด้านขวา) ในสนามแม่เหล็ก (ลูกศรสีดำ) ผลกระทบที่คล้ายกันในวงแหวนของตัวนำยิ่งยวด (ซ้าย) ถูกพบในการศึกษาแบบคลาสสิกที่เรียกว่าการทดลอง Little-Parks
W. WANG ET AL / SCIENCE 2020
คุณสมบัติของฟังก์ชั่นคลื่นที่เรียกว่าเฟสนั้นคล้ายคลึงกับการบิดในลำแสงปาร์ตี้ที่แขวนอยู่รอบขอบห้อง Ong กล่าว หากเชื่อมต่อที่ปลาย สตรีมเมอร์ปาร์ตี้สามารถบิดได้หนึ่งครั้งหรือสองครั้ง แต่ไม่สามารถ 1.2 ครั้งได้ ตัวอย่างเช่น เนื่องจากปลายไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ในทำนองเดียวกัน เฟสจะต้องทำการบิดเป็นจำนวนเต็มรอบวัสดุ การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นและข้อจำกัดการบิดเป็นสาเหตุให้กระแสวิกฤตผันผวน
การศึกษาคลาสสิกในทศวรรษ 1960 ที่รู้จักกันในชื่อการทดลอง Little-Parks มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับงานใหม่นี้ ในการศึกษานั้น ตัวนำยิ่งยวดที่มีรูปร่างเหมือนทรงกระบอกมีการสั่นที่เกี่ยวข้องในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง แต่ในเวอร์ชันของ Ong และเพื่อนร่วมงาน กระแสตัวนำยิ่งยวดจะวิ่งไปรอบๆ ขอบของก้อนวัสดุที่เป็นของแข็ง แทนที่จะเป็นทรงกระบอกจริง
นักฟิสิกส์ Smitha Vishveshwara จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าวว่า “เป็นวิธีที่ฉลาดและสวยงามมากในการประเมินว่ามีกระแสขอบหรือไม่” ซึ่งเป็นตัวนำยิ่งยวดบาคาร่าออนไลน์
