Os férmions majorana têm potencial para tecnologia da informação com resistência zero
Os resultados experimentais ARPES e STM para monocamada FeSe/STO. (A) Topografia STM experimental da borda FM e da borda AFM de FeSe/STO. A inserção mostra uma imagem de topografia STM de resolução atômica na posição de massa da borda FM e da borda AFM, mostrando o arranjo de átomos de Se superior (as orientações do cristal são rotuladas). (B) Estrutura teórica (linhas pretas) e de bandas ARPES em torno do ponto M. (C) Estrutura teórica de banda 1D de uma fita FeSe/STO com bordas FM (esquerda) e AFM (direita). (D) LDOS teórico para estados de borda e em massa. (E) Espectros STS experimentais de estados de borda e massa para bordas FM (esquerda) e AFM (direita). A faixa azul clara em (A)–(D) indica a lacuna SOC. (A)–(E) adaptado com permissão da Springer Nature. Crédito:Matéria (2022). DOI:10.1016/j.matt.2022.04.021
Uma nova revisão FLEET de vários nós, publicada em
Matter , investiga a busca por férmions de Majorana em supercondutores à base de ferro.
O elusivo férmion de Majorana, ou "partícula de anjo" proposto por Ettore Majorana em 1937, comporta-se simultaneamente como uma partícula e uma antipartícula - e surpreendentemente permanece estável em vez de ser autodestrutivo.
Os férmions de Majorana prometem tecnologia de informação e comunicação com resistência zero, abordando o crescente consumo de energia da eletrônica moderna (já 8% do consumo global de eletricidade) e prometendo um futuro sustentável para a computação.
Além disso, é a presença de modos de energia zero de Majorana em supercondutores topológicos que tornaram esses materiais quânticos exóticos os principais materiais candidatos para realizar a computação quântica topológica.
A existência de férmions de Majorana em sistemas de matéria condensada ajudará na busca da FLEET por futuras tecnologias eletrônicas de baixa energia.
A partícula do anjo:matéria e antimatéria Partículas fundamentais como elétrons, prótons, nêutrons, quarks e neutrinos (chamados férmions) têm suas antipartículas distintas. Uma antipartícula tem a mesma massa que seu parceiro comum, mas carga elétrica e momento magnético opostos.
Férmions e anti-férmions convencionais constituem matéria e antimatéria, e se aniquilam quando combinados.
"O férmion de Majorana é a única exceção a esta regra, uma partícula composta que é sua própria antipartícula", diz o autor correspondente Prof. Xiaolin Wang (UOW).
No entanto, apesar da intensa busca por partículas de Majorana, a pista de sua existência tem sido ilusória por muitas décadas, pois as duas propriedades conflitantes (ou seja, sua carga positiva e negativa) a tornam neutra e suas interações com o ambiente são muito fracas.
Supercondutores topológicos:terreno fértil para a partícula do anjo Embora a existência da partícula de Majorana ainda não tenha sido descoberta, apesar de extensas pesquisas em instalações de física de alta energia, como o CERN, ela pode existir como uma excitação de partícula única em sistemas de matéria condensada onde coexistem topologia de banda e supercondutividade.
"Nas últimas duas décadas, as partículas de Majorana foram relatadas em muitas heteroestruturas supercondutoras e demonstraram um forte potencial em aplicações de computação quântica", de acordo com o Dr. Muhammad Nadeem, pós-doutorando da FLEET na UOW.
Há alguns anos, um novo tipo de material chamado supercondutores topológicos à base de ferro foi relatado hospedando partículas de Majorana sem fabricação de heteroestruturas, o que é significativo para aplicação em dispositivos reais.
"Nosso artigo analisa as realizações experimentais mais recentes nesses materiais:como obter materiais supercondutores topológicos, observação experimental do estado topológico e detecção de modos zero de Majorana", diz o primeiro autor UOW Ph.D. candidata Lina Sang.
Nesses sistemas, as quasipartículas podem representar um tipo particular de férmion de Majorana, como o férmion de Majorana "quiral", que se move ao longo de um caminho unidimensional e o "modo zero" de Majorana, que permanece limitado em um espaço de dimensão zero.
Aplicações do modo zero Majorana Se tais sistemas de matéria condensada, hospedando férmions de Majorana, forem experimentalmente acessíveis e puderem ser caracterizados por uma técnica simples, isso ajudaria os pesquisadores a orientar a engenharia de tecnologias de baixa energia cujas funcionalidades são habilitadas pela exploração de características físicas únicas dos férmions de Majorana, como como computação quântica topológica tolerante a falhas e eletrônica de energia ultrabaixa.
A hospedagem de férmions de Majorana em estados topológicos da matéria, isolantes topológicos e semimetais de Weyl será abordada na grande conferência internacional deste mês sobre a física de semicondutores (ICPS), realizada em Sydney, Austrália.
O roteiro de materiais quânticos do IOP 2021 investiga o papel de materiais quânticos baseados em acoplamento spin-órbita intrínseco (SOC) para dispositivos topológicos baseados em modos Majorana, apresentando evidências na fronteira entre materiais SOC fortes e supercondutores, bem como em uma base de ferro supercondutor.
+ Explorar mais Um método magnético para controlar o transporte de férmions de Majorana quirais
