Дві групи фізиків незалежно один від одного виявили, що почесний дителурід вольфраму при температурах нижче одного кельвіна може перетворюватися з топологічного ізолятора на надпровідник. Цей перехід можна проводити контрольовано і звернемо за рахунок збільшення концентрації електронів у матеріалі при зміні зовнішнього електричного поля. За словами авторів обох досліджень, опублікованих (1, 2), це перший матеріал, в якому спостерігався такий перехід, і в майбутньому він може використовуватися для отримання майоранівських ферміонів або при розробці топологічних квантових комп'ютерів.
Топологічні ізолятори - матеріали, в яких електрони на поверхні і в обсязі поводяться принципово по-різному. Якщо основна частина топологічного ізолятора, що знаходиться далеко від кордонів, - це діелектрик або напівпровідник, то на поверхні матеріалу виникає дуже тонкий провідний шар, в якому носії заряду ведуть себе аналогічно електронам, наприклад, у графені: їх імпульс і енергія пов'язані лінійно, і ведуть вони себе як безмасові частинки. Стійкість такої структури пов'язана з топологічним захистом поверхневих електронних станів, через яку вони не можуть бути зруйновані структурними дефектами або немагнітними домішками.
Крім об'ємних топологічних ізоляторів, зараз активно досліджуються і почесні матеріали з аналогічними властивостями. У них топологічний захист може бути реалізований не тільки для електронних станів, але і, наприклад, для ексітонів, а в почесних метаматеріалах - і для фононів. Оскільки топологічні ізолятори, в тому числі почесні, - вельми перспективні матеріали (зокрема, для спинової електроніки), інтерес становлять умови (в першу чергу - температурний режим, хімічний склад, магнітне та електричне поле), при яких такі електронні стани виникають і руйнуються, а також - яким чином при цьому змінюються фізичні властивості матеріалу.
Відразу дві групи фізиків виявили, що один з почесних топологічних ізоляторів - дителлурид вольфраму, WTe2 - одношаровий півметал з гексагональною структурою (який пропонують використовувати, наприклад, в сучасних багатошарових ван-дер-ваальсових структурах) при температурах, дуже близьких до абсолютного нуля, може перетворюватися з топологічного ізолятора в надпровідник.
Вчені з США, Франції, Великобританії та Японії під керівництвом Пабло Харільо-Ерреро (Pablo Jarillo-Herrero) з Массачусетського технологічного інституту виявили цей ефект при дослідженні поведінки почесного дителлуриду вольфраму станадратним чотириелектродним методом. В експерименті невелику ділянку почесного кристала затискали між двома шарами гексагонального нітриду бору товщиною в кілька нанометрів. У чотириелектродному польовому транзисторі нітрид бору виконував функцію діелектрика, за допомогою якого можна було контролювати концентрацію носіїв заряду, за рахунок чого при зміні напруги затвора концентрацію електронів фізики міняли в діапазоні від 1012 до 1013 електронів на квадратний сантиметр.
Виявилося, що при температурах нижче одного кельвіна (це близько _ 272 градусів за Цельсієм) і концентрації електронів близько 5· 1012 електронів на квадратний сантиметр електронна структура дителуріда вольфраму різко змінюється, і з топологічного ізолятора матеріал перетворюється на надпровідник - опір далеко від меж матеріалу падає з 107 ом до рівня шуму.
Інша група фізиків з Канади і США під керівництвом Джошуа Фолка (Joshua A. Folk) з Університету Британської Колумбії провела дуже схожий експеримент, в якому лише трохи відрізнялася геометрія транзистора. В результаті їм вдалося виявити точний такий же перехід і більш точно визначити температуру переходу. За словами авторів обох робіт, відкриття було зроблено одночасно і незалежно один від одного.
Автори досліджень зазначають, що це перший матеріал, в якому вдалося побачити перехід між станами топологічного ізолятора і надпровідника. При цьому процес переключення між станами повністю звернемо. Однак максимальна температура, при якій можна спостерігати подібний перехід в дителюриді вольфраму, дуже низька - всього 0,518 кельвіна. При цьому при температурах від абсолютного нуля до температури кипіння рідкого азоту одношаровий дителлурид вольфраму може перебувати в трьох різних станах і бути або провідником, або топологічним ізолятором, або надпровідником.
Фізики сподіваються, що можливість переходу зі стану топологічного ізолятора в стан надпровідника може бути використана для отримання реальних майоранівських частинок, які є античастинками по відношенню до самих себе, а також при розробці квантових комп'ютерів, топологічно захищених від руйнування квантового стану
Нагадаємо, що в 2017 році група фізиків з Китаю і США вперше виявила статки, які поводяться як майоранівські частинки. Однак поки виявлені квазічастинки не пов'язані безпосередньо з пошуками реальних майоранівських ферміонів.