O férmion de Majorana, uma partícula que é sua própria antipartícula, foi originalmente introduzida como uma partícula elementar putativa por Ettore Majorana em 1937, e o férmion de Majorana quiral foi experimentalmente observado em supercondutores topológicos em 2017. Como o férmion de Majorana é uma partícula de carga neutra, o efeito direto sobre os férmions de Majorana por métodos eletromagnéticos deve falhar. Agora, pesquisadores propuseram um esquema para controlar o transporte de modos de borda quirais de Majorana em uma junção Josephson em forma de anel de um supercondutor topológico usando fluxo magnético.

Excitações exóticas com características de férmions de Majorana em sistemas de matéria condensada estão atraindo amplo interesse devido a suas estatísticas de trança não Abeliana com possíveis aplicações em computação quântica topológica. Supercondutores topológicos fornecem um terreno fértil que suporta essas excitações de Majorana em suas bordas e em defeitos topológicos. Propostas teóricas mostram que tal supercondutividade exótica pode ser realizada trazendo certas questões topológicas para a proximidade de um supercondutor de onda s. Em 2017, o grupo liderado pelo Prof. Wang da Universidade da Califórnia, Los Angeles, percebeu o supercondutor topológico quiral por meio do acoplamento de um isolador Hall anômalo quântico com um supercondutor de onda S e observou um platô de condutância meio inteiro, que fornece uma assinatura provável de férmions quirais de Majorana.

Para explorar ainda mais a aplicação prática de férmions de Majorana em dispositivos realistas, é crucial controlar e manipular as excitações de Majorana em sistemas de matéria condensada. Considerando que o férmion de Majorana é uma partícula de carga neutra, o efeito direto sobre os férmions de Majorana por métodos elétricos ou magnéticos deve falhar. Um estudo recente propôs um método magnético para controlar o transporte de férmions quirais de Majorana em supercondutores topológicos.

O artigo de pesquisa relacionado, intitulado "Controle de fluxo magnético de modos de borda quirais de Majorana em supercondutor topológico, "foi publicado em CIÊNCIA CHINA-Física, Mecânica e Astronomia , volume 61, 2018. O trabalho de pesquisa foi concluído por Ph.D. alunos Zhou, Hou, Lv e Prof. Sun e Prof. Xie, Escola de Física, Universidade de Pequim.

Os pesquisadores estudaram o transporte de modos de borda quirais de Majorana em um sistema supercondutor supercondutor-isolador anômalo Hall anômalo quiral híbrido em que a região supercondutora topológica contém uma junção de Josephson e uma cavidade, como mostrado na Fig.1. A junção Josephson sofre uma transição topológica quando o fluxo magnético através da cavidade passa por múltiplos de meio-inteiro do quantum de fluxo magnético. Para a fase não trivial, um estado de Majorana de energia zero aparece na cavidade, enquanto ele desaparece para a fase trivial. Com a ajuda do tunelamento ressonante entre o estado zero de Majorana e os modos de borda quiral Majorana circundando o perímetro externo do supercondutor topológico, a direção de transporte das bordas quirais de Majorana pode ser alterada conforme indicado pelas setas tracejadas na Fig.1. Este resultado sugere um método magnético para controlar os férmions quirais de Majorana.

Uma análise posterior mostra que três padrões de transporte diferentes podem ser identificados para um par de férmions de Majorana quirais de entrada neste sistema:(a) ambos são totalmente refletidos de volta; (b) ambos são transmitidos para outro terminal; (c) um deles é refletido de volta e outro é transmitido para outra derivação. O padrão de transporte pode ser alterado alterando o tamanho da região supercondutora topológica e o fluxo magnético.

"Essas descobertas podem fornecer um esquema viável para controlar o transporte de férmions quirais de Majorana usando o campo magnético, "os pesquisadores explicaram, "e têm aplicações potenciais para trançar os estados de Majorana."