¿Por qué son difíciles de fabricar los superconductores topológicos?

No es la fabricación en lugar de la verificación de superconductores topológicos lo que es difícil experimentalmente. Una de las técnicas más útiles para identificar las propiedades topológicas de un material es la espectroscopia de fotoemisión de resolución angular (ARPES). ARPES puede generar imágenes de forma independiente de los modos de volumen y superficie de un sólido tridimensional con muy buena resolución de energía y momento. Como resultado, puede detectar los estados de borde similares a los de Dirac, que son una firma de su naturaleza topológica. De hecho, el primer aislador topológico tridimensional que se identificó, es decir, Bi$_x$Sb$_{1-x}$, estaba usando ARPES en 2008. Curiosamente, otros aisladores topológicos 3-D como Bi$_2$Se$_3$y Bi$_2$Te$_3$han existido desde la década de 1960 como materiales termoeléctricos. Incluso sus estructuras de bandas fueron estudiadas utilizando la técnica del pseudopotencial. Fueron identificados como aisladores topológicos solo muy recientemente. La razón tiene que ver en parte con el hecho de que la propia ARPES ha experimentado un renacimiento muy recientemente; eso se debe principalmente al estudio de la superconductividad a alta temperatura en los cupratos. En cierto modo, se puede decir que el factor crítico en el estudio de los superconductores topológicos ha sido el de las limitaciones en la tecnología de caracterización.

Uno de los superconductores topológicos propuestos es Cu$_x$Bi$_2$Se$_3$. Puedes consultar este documento:

Liang Fu y Erez Berg. Superconductores topológicos de paridad impar: teoría y aplicación al Cu$_x$Bi$_2$Se$_3$. física Rev. Lett. 105 núm. 9, 097001 (2010). doi:10.1103/PhysRevLett.105.097001 .

Tiene una temperatura de transición superconductora de 3,8 K y una brecha de energía superconductora de < 1meV. Los actuales sistemas ARPES de última generación no pueden acceder fácilmente a estos regímenes de parámetros. Aparte de las dificultades de caracterización, Cu$_x$Bi$_2$Se$_3$es extremadamente difícil trabajar con él. Los átomos de Cu son dopantes; es decir Cu$_x$Bi$_2$Se$_3$no es estequiométricamente estable. La difusión de átomos de Cu durante el proceso de medición ofusca la interpretación de los datos. ARPES ya es conocido por el difícil análisis de datos en materiales normales estequiométricamente estables.

Entonces, para resumir, la gente todavía está mejorando las capacidades de los instrumentos para identificar superconductores topológicos. Espero que haya sido útil.

En cuanto a la segunda pregunta (¿son las Majorana difíciles de realizar en el laboratorio?), la respuesta es obviamente sí, ¡y por la misma razón por la que no tenemos idea de qué buscar! (NB: por supuesto, hay algunas predicciones sobre la firma experimental de Majorana, pero no hay un experimento de pistola humeante .