从实验室: 在更高的温度下超导; 一种材料通过实验室测试

我们在电力运输中面临的限制之一是承载电流的材料 (例如电线) 的电阻。大多数材料都提供某种电阻，因为这种电阻会发生电力传输损耗，能量会以热量的形式消散。该电阻在某些情况下非常有用，尤其是在需要调节和控制电流流动的情况下。

但是，在某些情况下，我们希望这种阻力尽可能低。在某些特殊条件下，某些材料可能具有非常低的电阻，甚至是零电阻。这些材料被称为超导体，但它们仅在非常低的温度下 (通常低于-200 °C) 才显示出这种特性。由超导导线制成的线圈可以承受很高的电流并产生高磁场，这些磁场用于MRI成像。超导研究的目标之一是在较高的温度下 (优选在室温下) 在材料中诱导超导，使得它们可以用于日常应用，例如通过架空电线输送电力，而没有任何传输损耗，并且可以实现更节能的电子设备。

通常，基本粒子根据其量子行为，分为两大类: 以印度物理学家Satyendra Nath Bose命名的玻色子和以意大利科学家Enrico Fermi命名的费米子。例如，最近发现的 “希格粒子” 是玻色子，而电子是费米子。

电子由英国科学家paul Diarc提出的理论描述，他将量子理论与爱因斯坦的狭义相对论相结合，因此可以将电子进一步归类为狄拉克费米子。这一理论的一个扩展预测了其他特殊类费米子的存在，例如以提出存在1929年的德国数学家、物理学家赫尔曼·魏尔命名的魏尔费米子。

Weyl费米子是无质量的粒子，但预计它们是真实的。Weyl费米子最初预计会在宇宙辐射中观察到，但从未发生过。相反，几年前，它们被观察到以准粒子的形式存在，即电子的集体激发，存在于半金属砷化钽 (钽和砷的化合物) 中，现在也称为Weyl半金属。

我们早期的工作表明，在另一种非常复杂的材料中，即所谓的拓扑狄拉克半金属，我们能够在特殊情况下诱导超导性。在发现Weyl半金属之后，我们有兴趣研究Weyl费米子是否也与超导有关。

我们最近在IISER的研究表明，这确实是一个案例。砷化钽中的Weyl费米子不仅可以参与超导，而且还可以以更常规的方式在某些可控条件下在相对较高的温度下参与超导。因此，Weyl半金属提供了在更高温度下实现超导性的更好可能性。该结果对于旨在在正常温度下获得超导性并用于日常用途 (例如电力传输) 而没有明显损失的研究可能具有重要影响。

但是还有更直接的令人兴奋的含义。在存在磁场的情况下，在Weyl半金属上实现的超导相可能还包含另一种难以捉摸的粒子，称为Majorana费米子，这是意大利科学家Ettore Majorana 1937年最初预测的。量子计算的主要障碍之一是涉及用于处理和存储信息的量子数据位 (称为 “量子位”) 的新时代计算，它是脆弱的，并且容易受到材料中的紊乱或杂质的干扰。众所周知，马约拉纳费米子是 “容错的” -- 它们对紊乱几乎不敏感。因此，有可能在容错量子计算中使用它们。