I risultati sperimentali ARPES e STM per FeSe/STO monostrato. (A) Topografia sperimentale STM del bordo FM e del bordo AFM di FeSe/STO. Il riquadro mostra un'immagine della topografia STM a risoluzione atomica nella posizione di massa del bordo FM e del bordo AFM, che mostra la disposizione dell'atomo Se più in alto (gli orientamenti dei cristalli sono etichettati). (B) Struttura della banda teorica (linee nere) e ARPES attorno al punto M. (C) Struttura teorica della banda 1D di un nastro FeSe/STO con bordi FM (sinistra) e AFM (destra). (D) LDOS teorici per stati edge e bulk. (E) Spettri STS sperimentali di stati di bordo e bulk per bordi FM (sinistra) e AFM (destra). La fascia azzurra in (A)–(D) indica il gap SOC. (A)–(E) adattato con il permesso di Springer Nature. Credito:Materia (2022). DOI:10.1016/j.matt.2022.04.021
Una nuova recensione FLEET multi-nodo, pubblicata in Matter , studia la ricerca di fermioni di Majorana in superconduttori a base di ferro.
L'elusivo fermione di Majorana, o "particella d'angelo" proposto da Ettore Majorana nel 1937, si comporta contemporaneamente come una particella e un'antiparticella e, sorprendentemente, rimane stabile anziché essere autodistruttivo.
I fermioni di Majorana promettono tecnologia dell'informazione e della comunicazione senza resistenza, affrontando il crescente consumo di energia dell'elettronica moderna (già l'8% del consumo globale di elettricità) e promettendo un futuro sostenibile per l'informatica.
Inoltre, è la presenza delle modalità a energia zero di Majorana nei superconduttori topologici che hanno reso quei materiali quantistici esotici i principali materiali candidati per la realizzazione del calcolo quantistico topologico.
L'esistenza dei fermioni di Majorana nei sistemi di materia condensata aiuterà nella ricerca di FLEET di future tecnologie elettroniche a bassa energia.
La particella dell'angelo:sia materia che antimateria
Particelle fondamentali come elettroni, protoni, neutroni, quark e neutrini (chiamati fermioni) hanno ciascuna le proprie antiparticelle distinte. Un'antiparticella ha la stessa massa del suo partner ordinario, ma carica elettrica e momento magnetico opposti.
Fermione e antifermioni convenzionali costituiscono materia e antimateria e si annichiliscono a vicenda quando combinati.
"Il fermione di Majorana è l'unica eccezione a questa regola, una particella composita che è la sua stessa antiparticella", afferma l'autore corrispondente Prof. Xiaolin Wang (UOW).
Tuttavia, nonostante l'intensa ricerca delle particelle di Majorana, l'indizio della sua esistenza è rimasto sfuggente per molti decenni, poiché le due proprietà contrastanti (cioè la sua carica positiva e negativa) lo rendono neutro e le sue interazioni con l'ambiente sono molto deboli.
Superconduttori topologici:terreno fertile per la particella angelo
Sebbene l'esistenza della particella Majorana debba ancora essere scoperta, nonostante le ricerche approfondite in strutture di fisica ad alta energia come il CERN, potrebbe esistere come eccitazione di una singola particella nei sistemi di materia condensata in cui coesistono topologia a bande e superconduttività.
"Negli ultimi due decenni, le particelle di Majorana sono state segnalate in molte eterostrutture di superconduttori e hanno dimostrato un forte potenziale nelle applicazioni di calcolo quantistico", secondo il dottor Muhammad Nadeem, un postdottorato della FLEET presso UOW.
Alcuni anni fa, è stato segnalato che un nuovo tipo di materiale chiamato superconduttore topologico a base di ferro ospitava particelle di Majorana senza la fabbricazione di eterostrutture, il che è significativo per l'applicazione in dispositivi reali.
"Il nostro articolo esamina i risultati sperimentali più recenti in questi materiali:come ottenere materiali topologici superconduttori, osservazione sperimentale dello stato topologico e rilevamento delle modalità zero di Majorana", afferma il primo autore UOW Ph.D. candidata Lina Sang.
In questi sistemi, le quasiparticelle possono impersonare un particolare tipo di fermione di Majorana come il fermione di Majorana "chirale", uno che si muove lungo un percorso unidimensionale e il "modo zero" di Majorana, che rimane limitato in uno spazio a dimensione zero.
Applicazioni della modalità Zero Majorana
Se tali sistemi di materia condensata, che ospitano i fermioni di Majorana, sono sperimentalmente accessibili e possono essere caratterizzati da una tecnica semplice, aiuterebbe i ricercatori a guidare l'ingegneria di tecnologie a bassa energia le cui funzionalità sono abilitate sfruttando le caratteristiche fisiche uniche dei fermioni di Majorana, come come calcolo quantistico topologico tollerante ai guasti ed elettronica a bassissima energia.
L'hosting dei fermioni di Majorana negli stati topologici della materia, degli isolanti topologici e dei semimetalli Weyl sarà trattato nell'importante conferenza internazionale sulla fisica dei semiconduttori (ICPS) di questo mese, che si terrà a Sydney, in Australia.
La tabella di marcia dei materiali quantistici IOP 2021 indaga il ruolo dei materiali quantistici basati sull'accoppiamento spin-orbita intrinseco (SOC) per dispositivi topologici basati sui modi Majorana, fornendo prove al confine tra materiali SOC forti e superconduttori, nonché in un materiale a base di ferro superconduttore. + Esplora ulteriormente
