I ricercatori del Dipartimento di Fisica e del Cluster di Eccellenza "CUI:Advanced Imaging of Matter" dell'Universität Hamburg e dell'Università della California a Irvine hanno recentemente proposto un nuovo modo per caratterizzare i superconduttori topologici mediante esperimenti multi-THz-pulse.

Ciò apre la strada all'identificazione inequivocabile degli stati esotici previsti della materia e può aiutare nella progettazione di nuovi materiali per dispositivi futuri che trasportano ed elaborano informazioni quantistiche.

Scienziati di tutto il mondo stanno lavorando per costruire computer quantistici scalabili basati sulla materia allo stato solido. Una di queste classi di materiali sono i superconduttori topologici. Si presume che ospitino un particolare tipo di stato quantistico collettivo, gli anyoni non abeliani sotto forma di fermioni di Majorana ai loro confini. Mescolando queste quasiparticelle in reti di cavi quantistici, i ricercatori possono costruire porte quantistiche logiche, i mattoni dei computer quantistici.

Proprietà in blocco anziché al contorno

Le prime firme dell'esistenza di Majoranas sono state riportate sulla base di misurazioni del trasporto quantistico, ma in seguito questi studi si sono rivelati inaffidabili perché Majoranas può essere facilmente confuso con banali eccitazioni di confine. La nuova teoria adotta un approccio diverso. Invece di indagare sui Majorana ai confini del dispositivo, viene affrontato il materiale sfuso. A causa della cosiddetta "corrispondenza di confine di massa", i Majorana sono intimamente collegati alla topologia della struttura a bande di massa del superconduttore. In un certo senso, le eccitazioni delle particelle nel materiale sfuso subiscono una "torsione" con i Majorana ai confini. Questa forte interconnessione può essere studiata mediante spettroscopia THz bidimensionale, una tecnica ampiamente utilizzata nelle molecole e nella materia sfusa.

"A differenza della spettroscopia di assorbimento 'lineare', gli esperimenti multi-impulso non lineari ci consentono di studiare la risposta ottica delle particelle eccitate e quindi aiutano a rivelare chiaramente questa 'torsione', con firme uniche dello stato topologico esotico negli spettri 2D", afferma il prof. .Dr. Michael Thorwart dell'Universität Hamburg e scienziato del Cluster of Excellence.

Appare in Lettere di revisione fisica , la proposta teorica formula un passaggio importante tra la rilevazione delle proprietà più basilari ma non pienamente caratterizzanti di Majoranas e la dimostrazione ancora troppo ambiziosa delle operazioni di porta logica con anyoni non abeliani sotto forma di intreccio di stati di Majorana.

"Tali tecniche ottiche producono informazioni spettroscopiche oltre l'imaging e consentono un'indubbia caratterizzazione dei materiali topologici. In quanto tali, potrebbero costruire un ponte verso le loro applicazioni lontane nelle tecnologie quantistiche", aggiunge Felix Gerken, autore principale e Ph.D. studente presso la CUI-Graduate School del Cluster di Eccellenza. + Esplora ulteriormente

I fermioni di Majorana hanno un potenziale per la tecnologia dell'informazione con resistenza zero