“三明治超导体”PtBi₂ 材料，展现绝对独特超导性

超导体是在极低温条件实现零电阻、完全导电的一类材料，通常用于MRI医学成像、磁浮列车等高科技领域。最近科学家研究一种新合成的PtBi₂材料时，除发现它看似标准金属晶体，上下表面却展现出全新超导现象，电子行为方式还完全异于常规。

2024年，研究团队首先发现PtBi₂材料特殊拓扑结构，表面部分电子被限制在“费米弧”信道且观测到超导现象，独特之处在于超导性完全局限于晶体表面，上下表面还各自转为超导，具不同转变温度，中间层则表现为普通金属，也就是说PtBi₂单晶可形成超导体-金属-超导体三明治结构。

同团队现在最新研究结果表明，PtBi₂表面的电子配对遵循与任何已知超导体都不同的规则，更有趣的是超导区域边缘蕴藏难以捉摸的马约拉纳费米子，可作为未来量子计算机的容错量子位元（qubit）。

研究人员解释PtBi₂奇怪超导性，首先，某些电子被限制在材料顶面和底面，体现PtBi₂的“拓扑”特性，拓扑特征极稳定，除非改变晶体结构或施加电磁场改变材料整体对称性，否则这些特征将保持不变。

其次，普通超导体的所有电子无论朝哪个方向移动都会想办法配对，一些非常规超导体如铜酸盐材料，电子配对更严格，具四重旋转对称性。然而测量表明，并非所有束缚于PtBi₂材料表面的电子都愿意配对，一些沿着6个对称方向移动的电子坚决拒绝配对，使PtBiPtBi₂成为第一个显现六重旋转对称性的受限配对超导体。

研究人员表示，以前从未见过这种情况，尚不明白如何发生这种配对，但既然确认PtBi₂独特超导性，下一步就是想办法控制它们，比如打薄材料可能使其从导电金属变成绝缘体，或者施加磁场改变电子能级，使马约拉纳费米子从材料边缘移动到角落。

（首图仅为示意图，来源：AI生成）