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

19989Шесть историй, которые умещаются на ладони 19986Как 30 000 аккаунтов Facebook оказались в руках вьетнамских хакеров? 19985LofyGang вернулась: как бразильские хакеры охотятся на геймеров через поддельные читы 19984Автономная проверка защиты: как не отстать от ИИ-атак 19983Взлом Trellix: хакеры добрались до исходного кода одной из ведущих компаний по... 19982Почему почти 3000 монет в норвежском поле перевернули представление о викингах? 19981Как поддельная CAPTCHA опустошает ваш счёт и крадёт криптовалюту? 19980Слежка за каждым шагом: как ИИ превращает государство в машину тотального контроля 19979Как хакеры грабят компании через звонок в «техподдержку» 19978Почему именно Нью-Йорк стал самым уязвимым городом восточного побережья перед... 19977Как одна команда git push открывала доступ к миллионам репозиториев 19976Зачем древние народы убивали ножами и мечами: оружие как основа власти 19975Как Python-бэкдор DEEPDOOR крадёт ваши облачные пароли незаметно? 19974Послание в бутылке: математика невозможного 19973Почему ИИ-инфраструктура стала новой целью хакеров быстрее, чем ждали все?
Ссылка