Termoelektrisk nanodeenhed baseret på Majorana fermioner foreslås

I marts 1938, den unge italienske fysiker Ettore Majorana forsvandt på mystisk vis, forlader sit lands videnskabelige samfund rystet. Episoden forbliver uforklarlig, trods Leonardo Scascias forsøg på at opklare gåden i sin bog The Disappearance of Majorana (1975).

Majorana, som Enrico Fermi kaldte et geni af Isaac Newtons statur, forsvandt et år efter at have ydet sit største bidrag til videnskaben. I 1937, da han kun var 30, Majorana antog en partikel, der er dens egen antipartikel, og foreslog, at det kunne være neutrino, hvis eksistens for nylig var blevet forudsagt af Fermi og Wolfgang Pauli.

Otte årtier senere, Majorana fermioner, eller simpelthen majoranas, er blandt de objekter, der er mest undersøgt af fysikere. Ud over neutrinoer - hvis natur, om de er majoranas eller ej er et af undersøgelsesmålene for mega-eksperimentet Klit-en anden klasse ikke af grundlæggende partikler, men af ​​kvasi-partikler eller tilsyneladende partikler er blevet undersøgt inden for kondenseret stof. Disse Majorana-kvasi-partikler kan dukke op som excitationer i topologiske superledere.

Et nyt studie af ph.d. studerende Luciano Henrique Siliano Ricco og hans vejleder Antonio Carlos Ferreira Seridonio m.fl. blev gennemført på Ilha Solteira -campus ved São Paulo State University (UNESP) i Brasilien og offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

"Vi foreslår en teoretisk enhed, der fungerer som en termoelektrisk tuner - en tuner af varme og ladning - assisteret af Majorana fermioner, "Sagde Seridonio. Enheden består af en quantum dot (QD), repræsenteret i figur A med symbolet ε1. QD'er kaldes ofte "kunstige atomer". I dette tilfælde, QD er placeret mellem to metalliske ledninger ved forskellige temperaturer.

Temperaturforskellen tillader termisk energi at strømme hen over QD. En næsten en-dimensionel superledende ledning-kaldet en Kitaev-ledning efter den russiske fysiker Alexei Kitaev, i øjeblikket professor ved California Institute of Technology (Caltech) i USA - er forbundet med QD.

I dette studie, Kitaev-ledningen var ring- eller U-formet og havde to majoranas (η1 og η2) i kanterne. Majoranerne fremstår som ophidselser præget af nul-energimetoder.

"Når QD kun er koblet til den ene side af tråden, systemet opfører sig resonant med hensyn til elektrisk og termisk konduktans. Med andre ord, det opfører sig som et termoelektrisk filter, "Seridonio sagde." Jeg skal understrege, at denne adfærd som filter for termisk og elektrisk energi opstår, når de to majoranas 'ser' hinanden via ledningen, men kun en af ​​dem 'ser' QD'en i forbindelsen. "

En anden mulighed undersøgt af forskerne involverede at få QD til at "se" de to majoranas på samme tid ved at forbinde den til begge ender af Kitaev -ledningen.

"Ved at få QD'en til at 'se' mere af η1 eller η2, dvs. ved at variere systemets asymmetri, vi kan bruge det kunstige atom som tuner, hvor den termiske eller elektriske energi, der strømmer igennem den, er rødforskydet eller blåskiftet, "Sagde Seridonio (se figur B).

Dette teoretiske oplæg, han tilføjede, forventes at bidrage til udviklingen af ​​termoelektriske enheder baseret på Majorana fermioner.