Nel marzo 1938, il giovane fisico italiano Ettore Majorana scomparve misteriosamente, lasciando scossa la comunità scientifica del suo paese. L'episodio rimane inspiegabile, nonostante il tentativo di Leonardo Scascia di svelare l'enigma nel suo libro La scomparsa di Majorana (1975).

Majorana, che Enrico Fermi definì un genio della statura di Isaac Newton, svanì un anno dopo aver dato il suo principale contributo alla scienza. Nel 1937, quando aveva solo 30 anni, Majorana ha ipotizzato una particella che è la sua stessa antiparticella e ha suggerito che potrebbe essere il neutrino, la cui esistenza era stata recentemente prevista da Fermi e Wolfgang Pauli.

Otto decenni dopo, fermioni di Majorana, o semplicemente majorane, sono tra gli oggetti più studiati dai fisici. Oltre ai neutrini, la cui natura, che siano majoranas o meno, è uno degli obiettivi investigativi del mega-esperimento Dune:un'altra classe non di particelle fondamentali ma di quasi-particelle o particelle apparenti è stata studiata nel campo della materia condensata. Queste quasi-particelle di Majorana possono emergere come eccitazioni nei superconduttori topologici.

Un nuovo studio di Ph.D. lo studente Luciano Henrique Siliano Ricco e il suo supervisore Antonio Carlos Ferreira Seridonio e altri, è stato condotto nel campus Ilha Solteira dell'Università statale di San Paolo (UNESP) in Brasile e pubblicato in Rapporti scientifici .

"Proponiamo un dispositivo teorico che agisce come un sintonizzatore termoelettrico, un sintonizzatore di calore e carica, assistito da fermioni di Majorana, " disse Seridonio. Il dispositivo è costituito da un punto quantico (QD), rappresentato in figura A dal simbolo ε1. I QD sono spesso chiamati "atomi artificiali". In questo caso, il QD si trova tra due conduttori metallici a temperature diverse.

La differenza di temperatura consente all'energia termica di fluire attraverso il QD. Un filo superconduttore quasi unidimensionale, chiamato filo Kitaev dal fisico russo Alexei Kitaev, attualmente professore al California Institute of Technology (Caltech) negli Stati Uniti, è collegato al QD.

In questo studio, il filo di Kitaev era a forma di anello o di U e aveva due majorane (η1 e η2) ai bordi. Le majorana emergono come eccitazioni caratterizzate da modalità a energia zero.

"Quando il QD è accoppiato a un solo lato del filo, il sistema si comporta in modo risonante per quanto riguarda la conduttanza elettrica e termica. In altre parole, si comporta come un filtro termoelettrico, Seridonio ha detto. "Devo sottolineare che questo comportamento come filtro per l'energia termica ed elettrica si verifica quando le due majorane si 'vedono' attraverso il filo, ma solo uno di loro 'vede' il QD nella connessione."

Un'altra possibilità indagata dai ricercatori consisteva nel far "vedere" al QD le due majorane contemporaneamente collegandolo ad entrambe le estremità del filo Kitaev.

"Rendendo il QD 'vedere' più di η1 o η2, cioè., variando l'asimmetria del sistema, possiamo usare l'atomo artificiale come accordatore, dove l'energia termica o elettrica che lo attraversa è spostata verso il rosso o verso il blu, " disse Seridonio (vedi figura B).

Questo documento teorico, Ha aggiunto, dovrebbe contribuire allo sviluppo di dispositivi termoelettrici basati su fermioni di Majorana.