Striber giver væk Majoranas

Majorana-partikler har fået dårlig omtale:en påstået opdagelse i ultrakolde nanotråde måtte trækkes tilbage. Nu åbner Leiden-fysikere en ny dør til at opdage Majoranas i et andet eksperimentelt system, Fu-Kane heterostrukturen, melder de ind Fysisk gennemgangsbreve .

Majorana-partikler er kvasipartikler:kollektive bevægelser af partikler (elektroner i dette tilfælde), som opfører sig som enkeltpartikler. Hvis det opdages i det virkelige liv, de kunne bruges til at bygge stabile kvantecomputere.

"Majoranas er kvantemekaniske superpositioner, " forklarer Gal Lemut. Denne superposition, en særlig slags kombination, omfatter en elektron og et hul (et sted i en krystal, hvor der mangler en elektron.

"Majoranaer har ingen elektrisk ladning, ingen spin, og nul energi, " tilføjer medforfatter Michał Pacholski. Dette gør det at have ingen definerende egenskaber til en af ​​deres definerende egenskaber. "Så det er meget svært at opdage en Majorana, " siger Pacholski.

Clingy Majoranas

Et af de første systemer, hvori de blev forudsagt at eksistere, var den såkaldte Fu-Kane heterostruktur. "Det er en topologisk isolator lagdelt på en superleder, " siger Pacholski. Topologiske isolatorer, som kun leder strøm på deres overflade, har været et stort fokus i nyere fysikforskning. Superledere er materialer, der leder elektricitet uden nogen modstand.

Tidligere forskning af Liang Fu og Charles Kane forudsagde, at Majoranas vil dukke op, når en Fu-Kane-heterostruktur placeres i et magnetfelt. Superledere vil udstøde magnetiske felter, gennem den såkaldte Meissner-effekt.

Det betyder, at de magnetiske feltlinjer gennemborer det superledende materiale i søjle-lignende hvirvler, hvor superledningsevnen forsvinder lokalt. Majoranas vil klamre sig til disse hvirvler, Fu og Kane forudsagde. Eksperimenter har indtil videre matchet deres forudsigelser, men endegyldige beviser for Majoranas mangler stadig.

Et velkomment comeback

Leiden teoretikere besluttede at analysere Fu-Kane materialer, og beviste, at tilføjelse af en elektrisk strøm kunne gøre en afgørende forskel. "Majoranas delokaliseres, " siger Lemut. "Det betyder, at de breder sig ud over deres hvirvler, og de kan møde hinanden."

Da Majoranas er deres egne antipartikler, og kan udslette hinanden, denne interaktion kan forventes at ødelægge dem. Men ifølge avisen, dette er ikke tilfældet:"De fortsætter med at eksistere som separate Majoranas, " siger Pacholski, "hvilket er ret overraskende."

Fundet kan bringe opdagelsen og den endelige brug af Majoranas et skridt nærmere. "Det næste skridt ville være at overbevise en eksperimentel fysiker om at tjekke det. Det er ikke svært at bevise eksistensen af ​​Majoranas, men vores papir tilbyder en klar signatur:Hullerne og elektronerne i Majoranas ville interferere med hinanden. Dette giver et karakteristisk stribet mønster, " siger Lemut.

Hvis du opdager dette mønster, det ville betyde et klart og velkomment comeback for Majorana.