Forskare från RIKEN har nyligen föreslagit en ny teoretisk metod för att undersöka de svårfångade Majorana-fermionerna i topologiska supraledare. Majorana-fermioner är exotiska kvantpartiklar som kan uppstå på ytan av vissa material när elektroner vid extremt låga temperaturer bildar så kallade Cooper-par. I vanliga supraledare rör sig dessa par utan elektriskt motstånd, men i topologiska supraledare får Cooper-paren mer komplexa symmetrier. Det leder till att speciella kvanttillstånd – Majorana-fermioner – kan uppstå på materialets yta.
Det som gör RIKEN-forskarnas arbete unikt är att de har utvecklat en teoretisk metod som utnyttjar Majorana-fermionernas unika elektromagnetiska svar. Genom att analysera hur dessa partiklar reagerar på elektromagnetiska fält hoppas man kunna identifiera och studera dem på ett mer direkt sätt än tidigare varit möjligt. Detta är ett viktigt steg för att förstå både grundläggande kvantfysik och för att på sikt kunna använda dessa tillstånd i framtida teknologier, som till exempel robusta kvantdatorer.
Nyckelaspekter av RIKEN:s forskning:
- Ny detektionsmetod: Forskarna har utvecklat en teoretisk metod för att identifiera Majorana-fermioner genom deras elektromagnetiska ”fingeravtryck”.
- Topologiska supraledare: Fokus ligger på speciella material där elektroner bildar Cooper-par med komplexa symmetrier.
- Spökpartiklar synliggörs: Majorana-fermioner kallas ibland ”spökpartiklar” eftersom de är svåra att observera direkt – RIKEN:s metod kan göra dem ”synliga”.
- Kvantdatortillämpningar: Majorana-fermioner är lovande kandidater för kvantbitar (qubits) i framtida kvantdatorer tack vare deras stabilitet.
- Grundläggande fysik: Forskningen kan hjälpa till att lösa långvariga mysterier inom supraledning och kvantfysik.
- Materialvetenskap: Resultaten kan leda till utveckling av nya material med skräddarsydda kvantegenskaper.
Sammanfattningsvis har RIKEN-forskarna alltså tagit fram en ny väg för att undersöka och bekräfta existensen av Majorana-fermioner i topologiska supraledare, vilket kan bidra till att lösa flera av supraledningens mysterier och öppna för nya tekniska tillämpningar.
FAKTA
Majorana-fermion: En partikel som är identisk med sin antipartikel, först förutspådd av Ettore Majorana 1937.
Topologisk supraledare: En klass av material som uppvisar supraledning med komplexa symmetrier och speciella kvanttillstånd på ytan.
Cooper-par: Par av elektroner som bildas i supraledare och som färdas genom materialet utan elektriskt motstånd.
Tidssymmetri: En egenskap hos vissa system som innebär att de beter sig likadant om tiden vänds.
Referenser
“Majorana multipole response with magnetic point group symmetry” by Yuki Yamazaki and Shingo Kobayashi, 18 October 2024, Physical Review B. DOI: 10.1103/PhysRevB.110.134518
