In maart 1938, de jonge Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana verdween op mysterieuze wijze, de wetenschappelijke gemeenschap van zijn land geschokt achterlatend. De episode blijft onverklaard, ondanks Leonardo Scascia's poging om het raadsel te ontrafelen in zijn boek The Disappearance of Majorana (1975).

Majorana, die Enrico Fermi een genie van Isaac Newtons statuur noemde, verdween een jaar nadat hij zijn belangrijkste bijdrage aan de wetenschap had geleverd. 1937, toen hij nog maar 30 was, Majorana veronderstelde een deeltje dat zijn eigen antideeltje is en suggereerde dat het het neutrino zou kunnen zijn, wiens bestaan ​​onlangs was voorspeld door Fermi en Wolfgang Pauli.

Acht decennia later, Majorana-fermionen, of gewoon majorana's, behoren tot de objecten die het meest door natuurkundigen zijn bestudeerd. Naast neutrino's, waarvan de aard, of het nu majorana's zijn of niet, is een van de onderzoeksdoelen van het mega-experiment Dune - een andere klasse, niet van fundamentele deeltjes maar van quasi-deeltjes of schijnbare deeltjes, is onderzocht op het gebied van gecondenseerde materie. Deze Majorana-quasi-deeltjes kunnen ontstaan ​​als excitaties in topologische supergeleiders.

Een nieuwe studie door Ph.D. student Luciano Henrique Siliano Ricco en zijn begeleider Antonio Carlos Ferreira Seridonio en anderen, werd uitgevoerd op de Ilha Solteira-campus van de São Paulo State University (UNESP) in Brazilië en gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"We stellen een theoretisch apparaat voor dat fungeert als een thermo-elektrische tuner - een tuner van warmte en lading - bijgestaan ​​door Majorana-fermionen, " zei Seridonio. Het apparaat bestaat uit een kwantumdot (QD), weergegeven in figuur A door het symbool ε1. QD's worden vaak 'kunstmatige atomen' genoemd. In dit geval, de QD bevindt zich tussen twee metalen draden bij verschillende temperaturen.

Door het temperatuurverschil kan thermische energie over de QD stromen. Een quasi-eendimensionale supergeleidende draad - een Kitaev-draad genoemd naar de Russische natuurkundige Alexei Kitaev, momenteel een professor aan het California Institute of Technology (Caltech) in de VS - is verbonden aan de QD.

In dit onderzoek, de Kitaev-draad was ring- of U-vormig en had aan de randen twee majorana's (η1 en η2). De majorana's komen naar voren als excitaties die worden gekenmerkt door nul-energiemodi.

"Als de QD aan slechts één kant van de draad is gekoppeld, het systeem gedraagt ​​zich resonant met betrekking tot elektrische en thermische geleiding. Met andere woorden, het gedraagt ​​zich als een thermo-elektrisch filter, " zei Seridonio. "Ik moet benadrukken dat dit gedrag als filter voor thermische en elektrische energie optreedt wanneer de twee majorana's elkaar via de draad 'zien', maar slechts één van hen 'ziet' de QD in de verbinding."

Een andere mogelijkheid die door de onderzoekers werd onderzocht, was om de QD de twee majorana's tegelijkertijd te laten "zien" door deze aan beide uiteinden van de Kitaev-draad te verbinden.

"Door de QD meer te laten 'zien' van η1 of η2, d.w.z., door de asymmetrie van het systeem te variëren, we kunnen het kunstmatige atoom als tuner gebruiken, waar de thermische of elektrische energie die er doorheen stroomt roodverschoven of blauwverschoven is, ' zei Seridonio (zie figuur B).

Dit theoretische artikel, hij voegde toe, zal naar verwachting bijdragen aan de ontwikkeling van thermo-elektrische apparaten op basis van Majorana-fermionen.