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viernes, diciembre 9, 2022
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Los fermiones de Majorana tienen potencial para la tecnología de la información con resistencia cero

Una nueva revisión FLEET de múltiples nodos, publicada en Matter, investiga la búsqueda de fermiones de Majorana en superconductores a base de hierro.

El escurridizo fermión de Majorana, o «partícula de ángel» propuesta por Ettore Majorana en 1937, se comporta simultáneamente como una partícula y una antipartícula, y sorprendentemente permanece estable en lugar de ser autodestructivo.

Los resultados experimentales de ARPES y STM para monocapa FeSe/STO. (A) Topografía STM experimental del borde FM y el borde AFM de FeSe/STO. El recuadro muestra una imagen de topografía STM de resolución atómica en la posición principal del borde FM y el borde AFM, que muestra la disposición de átomos de Se superior (las orientaciones de los cristales están etiquetadas). (B) Teórica (líneas negras) y estructura de bandas ARPES alrededor del punto M. (C) Estructura de banda 1D teórica de una cinta FeSe/STO con bordes FM (izquierda) y AFM (derecha). (D) LDOS teórico para estados de borde y masivos. (E) Espectros STS experimentales de estados de borde y volumen para bordes FM (izquierda) y AFM (derecha). La banda azul claro en (A)–(D) indica la brecha SOC. (A)–(E) adaptado con permiso de Springer Nature. Crédito: Materia (2022). DOI: 10.1016/j.matt.2022.04.021

Los fermiones de Majorana prometen tecnología de la información y las comunicaciones con resistencia cero, abordando el creciente consumo de energía de la electrónica moderna (que ya representa el 8 % del consumo mundial de electricidad) y prometiendo un futuro sostenible para la informática.

Además, es la presencia de modos de energía cero de Majorana en superconductores topológicos lo que ha convertido a esos exóticos materiales cuánticos en los principales materiales candidatos para realizar la computación cuántica topológica.

La existencia de fermiones de Majorana en sistemas de materia condensada ayudará a FLEET a buscar futuras tecnologías electrónicas de baja energía.

La partícula del ángel: materia y antimateria

Las partículas fundamentales como electrones, protones, neutrones, quarks y neutrinos (llamados fermiones) tienen cada una sus antipartículas distintas. Una antipartícula tiene la misma masa que su compañero ordinario, pero carga eléctrica y momento magnético opuestos.

Los fermiones y antifermiones convencionales constituyen materia y antimateria, y se aniquilan entre sí cuando se combinan.

«El fermión de Majorana es la única excepción a esta regla, una partícula compuesta que es su propia antipartícula», dice el autor correspondiente, el profesor Xiaolin Wang (UOW).

Sin embargo, a pesar de la intensa búsqueda de partículas de Majorana, la pista de su existencia ha sido esquiva durante muchas décadas, ya que las dos propiedades en conflicto (es decir, su carga positiva y negativa) lo hacen neutral y sus interacciones con el medio ambiente son muy débiles.

Superconductores topológicos: terreno fértil para la partícula ángel

Si bien aún no se ha descubierto la existencia de la partícula Majorana, a pesar de las extensas búsquedas en instalaciones de física de alta energía como el CERN, puede existir como una excitación de una sola partícula en sistemas de materia condensada donde coexisten la topología de banda y la superconductividad.

«En las últimas dos décadas, se han informado partículas de Majorana en muchas heteroestructuras superconductoras y se ha demostrado que tienen un gran potencial en aplicaciones de computación cuántica», según el Dr. Muhammad Nadeem, posdoctorado de FLEET en la UOW.

Hace algunos años, se informó que un nuevo tipo de material llamado superconductores topológicos a base de hierro albergaba partículas de Majorana sin la fabricación de heteroestructuras, lo cual es importante para su aplicación en dispositivos reales.

«Nuestro artículo revisa los logros experimentales más recientes en estos materiales: cómo obtener materiales superconductores topológicos, observación experimental del estado topológico y detección de modos cero de Majorana», dice el primer autor UOW Ph.D. candidata Lina Sang.

En estos sistemas, las cuasipartículas pueden personificar un tipo particular de fermión de Majorana, como el fermión de Majorana «quiral», uno que se mueve a lo largo de un camino unidimensional y el «modo cero» de Majorana, uno que permanece limitado en un espacio de dimensión cero.

Aplicaciones del modo cero de Majorana

Si tales sistemas de materia condensada, que albergan fermiones de Majorana, son experimentalmente accesibles y pueden caracterizarse mediante una técnica simple, ayudaría a los investigadores a dirigir la ingeniería de tecnologías de baja energía cuyas funcionalidades se habilitan mediante la explotación de características físicas únicas de los fermiones de Majorana, tales como como computación cuántica topológica tolerante a fallas y electrónica de energía ultra baja.

El hospedaje de fermiones de Majorana en estados topológicos de la materia, aisladores topológicos y semimetales de Weyl se tratará en la principal conferencia internacional sobre la física de los semiconductores (ICPS) de este mes, que se llevará a cabo en Sydney, Australia.

La hoja de ruta de materiales cuánticos de IOP 2021 investiga el papel de los materiales cuánticos basados en el acoplamiento espín-órbita intrínseco (SOC) para dispositivos topológicos basados en modos de Majorana, presentando evidencia en el límite entre materiales SOC fuertes y superconductores, así como en una base de hierro. superconductor.

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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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