Раскрывая скрытые симметрии сверхпроводников: прорыв в понимании майорановских фермионов

Физики из исследовательского института RIKEN совершили значительный теоретический прорыв в понимании особых квантовых состояний, возникающих в топологических сверхпроводниках. Юки Ямазаки из Лаборатории теории конденсированного состояния RIKEN и Шинго Кобаяши из Центра возникающей материи RIKEN опубликовали свои результаты в авторитетном журнале Physical Review B, расширив наше понимание экзотических квантовых частиц.
Раскрывая скрытые симметрии сверхпроводников: прорыв в понимании майорановских фермионов
Изображение носит иллюстративный характер

При крайне низких температурах электроны в некоторых твердых телах начинают вести себя как единая частица. Это явление, известное как сверхпроводимость, возникает, когда электроны формируют так называемые куперовские пары, которые могут двигаться через материал без какого-либо электрического сопротивления, что делает сверхпроводники чрезвычайно ценными для множества технологических применений.

Топологические сверхпроводники представляют собой относительно недавно открытый класс материалов, где куперовские пары обладают сложной симметрией. В отличие от обычных сверхпроводников, где пары формируются благодаря взаимодействию электронов с атомными колебаниями, эта уникальная симметрия создает особые квантовые состояния на поверхности материала, известные как майорановские фермионы.

Майорановские фермионы, впервые предсказанные итальянским физиком Этторе Майораной в 1937 году, представляют собой частицы, идентичные своим античастицам. В топологических сверхпроводниках с симметрией обращения времени эти фермионы появляются парами и характеризуются так называемым майорановским мультипольным откликом — электромагнитным откликом, который варьируется в зависимости от направления.

Особый интерес представляют материалы, в которых куперовские пары нарушают симметрию обращения времени. В таких случаях на границе материала появляется одиночный майорановский фермион вместо пары. Эти изолированные майорановские фермионы электрически нейтральны и не взаимодействуют с внешними полями, что делает их чрезвычайно сложными для экспериментального обнаружения и изучения.

Ключевой вклад исследования Ямазаки и Кобаяши заключается в теоретическом расширении концепции майорановских мультипольных откликов на топологические сверхпроводники с нарушением симметрии обращения времени. Ученые продемонстрировали, как электромагнитный отклик майорановских фермионов может предоставить ценную информацию о свойствах куперовских пар в этих экзотических материалах.

«Наша работа идентифицирует фундаментальные электромагнитные свойства майорановских фермионов в топологических сверхпроводниках», — отмечают исследователи. Это открытие закладывает теоретическую основу для будущих экспериментальных исследований, которые могут привести к практическому применению этих экзотических квантовых состояний в квантовых вычислениях и других передовых технологиях.

Несмотря на значительный прогресс, ученые подчеркивают необходимость дальнейших исследований для изучения влияния обнаруженных свойств на физические величины и разработки надежных методов обнаружения майорановских фермионов в реальных материалах. Это открытие приближает нас к пониманию одних из самых загадочных явлений квантовой физики и может проложить путь к революционным технологическим применениям в будущем.


Новое на сайте

19817В Луксоре нашли стелу с римским императором в образе фараона 19816Экипаж Artemis II о моменте, когда земля исчезла за луной 19815Почему луна выглядит по-разному в разных точках земли? 19814Adobe экстренно закрыла опасную дыру в Acrobat Reader, которую хакеры использовали с... 19813Метеорный поток, рождённый из умирающего астероида 19812Когда робот пишет за тебя прощальную смс 19811Что общего у лунной миссии, толстого попугая, загадочной плащаницы и лекарства от диабета? 19810Какие снимки Artemis II уже стали иконами лунной программы? 19809Кто на самом деле хочет сладкого — вы или ваши бактерии? 19808Как рекламные данные 500 миллионов телефонов оказались в руках спецслужб? 19807Экипаж Artemis II вернулся на землю после десяти дней в космосе 19806Зелёная и коричневая луна: почему геологи Artemis II уже не могут усидеть на месте 19805Эксперты уверены в теплозащитном щите Artemis II, несмотря на проблемы предшественника 19804Выжить внутри торнадо: каково это — когда тебя засасывает в воронку 19803Аляскинские косатки-охотники на млекопитающих замечены у берегов Сиэтла
Ссылка