最新的纳米线实验增强信心Majorana瞄准

最新的纳米线实验增强信心Majorana瞄准

在这类最新的实验中,研究人员捕捉到迄今为止最令人信服的证据,即在一种特殊的超导体中潜伏着不寻常的粒子。结果,证实了理论预测,首先做了近十年前在联合量子研究所(JOI)和马里兰大学(UMD),将发表在4月5日出版的自然(链接外部)。

偷渡者,称为Majorana quasiparticles,是不同于普通物质如电子或夸克构成元素周期表中的元素。不像那些粒子,这就物理学家知道不能分解成更基本的作品,Majorana quasiparticles是由许多原子和电子的协调模式,只出现在特定的条件下。它们具有独特的特性,可以使它们成为一种量子计算机的骨干,多年来研究人员一直在追求它们。

最新的结果是最诱人但Majorana猎人,证实许多理论预测和更精细的实验奠定未来基础。在新的工作中,研究人员测量了电流通过连接一条超导aluminum-a食谱,将整个组合成一种特殊的超超薄半导体。

这种类型的实验将纳米线暴露在一个强大的磁体上,它为电子在低温下组织起来提供了一种额外的方式。有了这个额外的布置线预计举办Majorana粒子,和实验者可以通过仔细测量导线的电响应,寻找它的存在。

新的实验是由在荷兰代尔夫特技术大学的研究人员进行的qutech(链接外部)和微软研究院,与加利福尼亚大学制备的复合材料样品,圣塔巴巴拉和埃因霍温科技大学在荷兰。实验结果对理论计算的家伙该纳入DAS Sarma和纳入研究生春晓柳。

在同组的代尔夫特看到2012个Majorana的暗示,但测得的电效应不是理论所预测的那样大。现在全部的效果已被观察到,它仍然存在,即使实验者微动磁或电域的鲁棒性,甚至更强的证据,实验已经抓获了Majorana提供力量,在仔细的理论模拟预测的刘。

“我们是从理论方远2010如何创建半导体超导体混合系统的Majorana粒子,”Das Sarma说,该文章的共同作者是谁也在UMD的凝聚态理论中心主任。”但是,在找到这些奇怪的粒子之前,我们还需要走一些路。”

这一成功来自于多年来研究人员组装纳米线的方法,使半导体线和铝条之间的接触更为清洁。在同一时间,理论家们获得了洞察可能的实验签名的马约拉纳费米子开创的工作,由Das Sarma和几位合作者在UMD。

理论与实验

寻找薄量子线的Majorana quasiparticles开始在2001,刺激了Alexei Kitaev,然后一个物理学家就在微软研究。Kitaev,谁现在是在加州理工大学在帕萨迪纳,编造了一个比较简单但不切实际的系统,理论上可以怀有Majorana。但这一假想线所需要的一种特定的超导电性不可从自然的架子,和其他人很快开始寻找通过混合和匹配的可用材料模仿Kitaev的装置的方法。

一个挑战是弄清楚如何获得超导体,这种超导体通常以偶数电子二、四、六等方式进行,也允许奇数电子,这种情况通常是不稳定的,需要额外的能量来维持。奇数是必要的因为是不折不扣的怪人:Majorana准他们只出现在奇数个电子的协调行为。

2010,几乎是十年Kitaev的原创文章,在DAS Sarma,纳入同杰深秀和联合量子研究所博士后研究员Roman Lutchyn(链接是外部的),随着另一组研究人员(链接是外部的),撞在一块来创建这些特殊超导体的方法,它具有驱动实验搜索自。他们建议将某种半导体与普通超导相结合,并通过整个电路测量电流。他们预测,两种材料的组合,以及一个强大的磁场,将解锁Majorana安排和产量Kitaev的特殊材料。

他们还预言,在电流流经Majorana纳米线的方式展示自己。如果你把普通的半导体连接到金属线和电池上,电子通常有机会把导线从半导体上跳下来,有些可能被拒绝,细节取决于材料的电子和组成。但如果你使用一个Kitaev的纳米线,一些完全不同的事情发生。电子总是被完美地反射回导线,但它不再是电子了。科学家称之为空穴,基本上是金属中的一个点,它失去了一个电子,它在相反的方向上带正电荷。

物理学要求整个界面上的电流保持不变,这意味着两个电子必须在超导体中结束,以平衡正向电荷方向。奇怪的是,这个过程中,物理学家称之为完美的Andreev反射(链接是外部的),甚至发生时,电子在金属没有向边界,推,即使他们没有连接到一连串的种类。这是事实,一个是自己的反粒子的质量有关,这意味着它不花费任何精力来创造纳米线中的一对马约拉纳费米子。Majorana安排了两电子的一些额外的回旋余地,使他们能够通过纳米线作为一个量化的对,一次,两个。

“这是马约拉纳费米子产生这种量化的微分电导的存在,”刘说,谁跑的数值模拟预测对UMD的deepthought2超级计算机集群的实验结果。”这样的量化对实验参数的微小变化甚至是鲁棒的,就像真实的实验所显示的那样。

科学家称这种实验为隧道谱,因为电子正在通过纳米线到达另一端。这是最近努力捕捉Majoranas的焦点,但也有其他的测试,可以更直接地揭示颗粒测试,充分证实了马约拉纳费米子是真的有异国情调的性质。

“这个实验是在我们这些外来的和难以捉摸的Majorana粒子搜索的重要一步,表现在材料的改进在过去的五年中取得了很大的进步,”Das Sarma说。”我确信这些奇怪的粒子存在于这些纳米线中,但只有建立在底层物理上的非局部测量才能证明证据是确定的;

Chris Cesare

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