「三明治超導體」PtBi₂ 材料，展現絕對獨特超導性

超導體是在極低溫條件實現零電阻、完全導電的一類材料，通常用於 MRI 醫學成像、磁浮列車等高科技領域。最近科學家研究一種新合成的 PtBi₂ 材料時，除發現它看似標準金屬晶體，上下表面卻展現出全新超導現象，電子行為方式還完全異於常規。

2024 年，研究團隊首先發現 PtBi₂ 材料特殊拓撲結構，表面部分電子被限制在「費米弧」通道且觀測到超導現象，獨特之處在於超導性完全侷限於晶體表面，上下表面還各自轉為超導，具不同轉變溫度，中間層則表現為普通金屬，也就是說 PtBi₂ 單晶可形成超導體-金屬-超導體三明治結構。

同團隊現在最新研究結果表明，PtBi₂ 表面的電子配對遵循與任何已知超導體都不同的規則，更有趣的是超導區域邊緣蘊藏難以捉摸的馬約拉納費米子，可作為未來量子電腦的容錯量子位元（qubit）。

研究人員解釋 PtBi₂ 奇怪超導性，首先，某些電子被限制在材料頂面和底面，體現 PtBi₂ 的「拓撲」特性，拓撲特徵極穩定，除非改變晶體結構或施加電磁場改變材料整體對稱性，否則這些特徵將保持不變。

其次，普通超導體的所有電子無論朝哪個方向移動都會想辦法配對，一些非常規超導體如銅酸鹽材料，電子配對更嚴格，具四重旋轉對稱性。然而測量表明，並非所有束縛於 PtBi₂ 材料表面的電子都願意配對，一些沿著 6 個對稱方向移動的電子堅決拒絕配對，使 PtBiPtBi₂ 成為第一個顯現六重旋轉對稱性的受限配對超導體。

研究人員表示，以前從未見過這種情況，尚不明白如何發生這種配對，但既然確認 PtBi₂ 獨特超導性，下一步就是想辦法控制它們，比如打薄材料可能使其從導電金屬變成絕緣體，或者施加磁場改變電子能級，使馬約拉納費米子從材料邊緣移動到角落。

（首圖僅為示意圖，來源：AI 生成）