半导体是现代技术的基础，而具有零电阻的超导体可能是包括量子计算机在内的未来技术的基础。一种所谓的“混合结构”——由超导体和半导体精心制作而成的三明治结构——可能会导致出现新的量子效应。然而，还没有令人信服的观察结果。现在，奥地利科学技术研究所(ISTA)的研究人员与纽约大学的合作者找到了一种方法来探索这种“超导体/半导体三明治”并揭示其内部正在发生的事情。

Duc Phan是奥地利科学技术学院(ISTA)的博士生，也是最近发表在《物理评论快报》上介绍该方法的一篇新论文的第一作者。他说：“国际间的竞赛正在为量子计算机确定控制和处理量子信息的最佳平台，这场量子计算竞赛中超导体发挥着重要作用。微软正在研究使用超导体/半导体三明治(超/半三明治)结构的拓扑量子比特。但是，在我们使用它们之前，我们必须了解它们背​​后的基本物理原理。”

来自凝聚态物质和量子电路小组的Phan和他在ISTA的同事Jorden Senior和Andrew Higginbotham与纽约大学的合作伙伴进行了密切的合作，并在ISTA量子动力学小组的Areg Ghazaryan和Maksym Serbyn的理论支持下进行了这项研究。他们开发了一种技术来探测超/半三明治中的量子相互作用，为基于马约拉纳零模的拓扑量子比特等新应用铺平了道路。

在他们的实验中，研究人员在铟-砷(InAs)半导体上创建了一个由铝(Al)超导体制成的微型三明治。超导体是没有电阻的材料。研究人员将它们被冷却到了接近绝对零度的温度附近。像InAs或硅这样的半导体可以是绝缘的或导电的，这取决于它们的环境和施加的电场。

就像在传统三明治中，材料综合性能会变得超过其各部分的总和一样，铝和InAs的组合特性在超/半三明治发生了改变。在铝超导体和InAs半导体之间的界面处，邻近效应将超导性溢出到半导体中，在那里产生了新的量子态。然而直到现在，研究人员还很难研究它们，因为它们被铝超导层的存在所掩盖，无法直接探测到。

Senior解释说：“我们发现，通过在三明治附近每秒发送数十亿次交替的电流，我们可以使超导体的‘面纱’部分变得透明，并获得有关半导体特性的反馈。我们还应用了磁场来创造我们正在寻找的新量子态，并开发了一个新模型来解释我们的观察结果。”

这是Higginbotham小组自ISTA成立以来的第一个实验结果，它为在新的细节水平上研究超导体-半导体混合结构奠定了基础。Senior强调说：“我们从中推断出的参数可以为构建基于马约拉纳零模的拓扑量子比特提供急需的指导。ISTA在这个发展的领域中处于非常有利的位置，因为在这里，实验专业知识、理论理解以及由最先进的无尘室(用于三明治生产的厨房)提供的优秀基础设施结合在了一起。”（编译:Qtech）