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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка