Observación de los modos cero persistentes y los dobles vórtices superconductores en UTe2

Área de la Ciencia:

• Física de la materia condensada
• Investigación de la superconductividad
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los vórtices superconductores ofrecen información sobre el emparejamiento de electrones y los estados topológicos.
• Visualizar vórtices en superconductores de espín triple a escala atómica sigue siendo un desafío.
• UTe2 es un superconductor de triplete de espín primario con un parámetro de orden esquivo y un estado de simetría de inversión de tiempo (TRS) no establecido.

Objetivo del estudio:

• Para visualizar los vórtices superconductores en UTe2 a escala atómica.
• Investigar la naturaleza de la superconductividad en UTe2, específicamente con respecto a la simetría de inversión del tiempo.
• Para explorar la presencia potencial de estados topológicos, como los modos cero de Majorana, dentro de los vórtices.

Principales métodos:

• Se utilizó microscopía de túnel de barrido (STM) en cristales únicos de UTe2 ultralimpios (Tc = 2,1 K).
• Empleó imágenes d2I/dV2, una técnica efectiva para la visualización de vórtices en superconductores con una densidad de estados de energía cero significativa (DOS).
• Aplicó pequeños campos magnéticos fuera del plano para inducir la formación de redes de vórtice.

Principales resultados:

• Visualizaron con éxito vórtices cuánticos anisotrópicos de flujo único con longitudes de coherencia distintas a lo largo del eje a (12 nm) y perpendiculares a él (4 nm).
• Observó la formación de una red de vórtice triangular (VL), cuya estructura y red se mantuvieron invariantes bajo cambios en la polaridad del campo magnético y el historial de enfriamiento, apoyando la superconductividad invariante de reversión temporal.
• Se detectaron picos de conductividad de sesgo cero persistentes, no divididos y espectralmente agudos (ZBP) en núcleos de vórtice de hasta 8 T, consistentes con los modos cero de Majorana protegidos por simetría (MZM).
• Identificó un doble espejo asimétrico en estructuras de vórtice, con un componente que exhibe ZBPs y el otro una brecha aparente mejorada, lo que indica potencialmente un parámetro de orden multicomponente inducido por el campo.

Conclusiones:

• El estudio proporciona la primera visualización a escala atómica de vórtices en un superconductor triple de espín a granel, UTe2.
• La evidencia experimental apoya fuertemente la superconductividad invariante de reversión del tiempo en UTe2 bajo campo cero.
• Los picos de conductividad de sesgo cero observados en núcleos de vórtice son consistentes con la presencia de modos cero de Majorana, lo que sugiere superconductividad topológica en UTe2.