Обычный сверхпроводник работает как идеальный провод: электроны объединяются в пары и бегут без сопротивления. В новом материале TaPtSi пары устроены иначе — их внутренняя симметрия перекошена, и при охлаждении ниже критической температуры внутри кристалла сами собой возникают крошечные магнитные поля. Это как если бы в замороженном куске металла вдруг появились невидимые стрелки компаса, указывающие в разные стороны.

Секрет — в особой геометрии кристалла. Атомы в TaPtSi расположены так, что при повороте или скольжении решётка совпадает сама с собой не полностью, а только вместе с переворотом спина электрона. Такая «перекрученная» симметрия создаёт в электронной структуре узлы в форме песочных часов: возле их перемычек энергия электронов почти не меняется при движении. В этих местах электроны ведут себя как релятивистские частицы с нулевой массой, хотя сам материал — обычный твёрдый сплав.

Расчёты показали, что такое состояние — единственно возможное для этой структуры. Пары электронов в нём не просто склеены, а закручены как винт: их волновая функция имеет внутренний момент. На поверхности такого сверхпроводника могут появляться особые возбуждения — майорановские моды, которые ведут себя как половинки электрона. Если их удастся стабилизировать, они станут строительными блоками для квантовых вычислений, устойчивых к помехам.

Открытие даёт не просто новый материал, а рецепт: берём соединение кремния с переходным металлом, подбираем симметрию решётки — и получаем топологический сверхпроводник. Возможно, именно так будут искать платформу для будущего квантового компьютера.