Het Majorana-fermion, een deeltje dat zijn eigen antideeltje is, werd oorspronkelijk geïntroduceerd als een vermeend elementair deeltje door Ettore Majorana in 1937, en het chirale Majorana-fermion werd in 2017 experimenteel waargenomen in topologische supergeleiders. Aangezien het Majorana-fermion een ladingsneutraal deeltje is, het directe effect op Majorana-fermionen door elektromagnetische methoden zou moeten mislukken. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben een schema voorgesteld om het transport van chirale Majorana-randmodi in een ringvormige Josephson-junctie van een topologische supergeleider te regelen met behulp van magnetische flux.

Exotische excitaties met kenmerken van Majorana-fermionen in systemen met gecondenseerde materie trekken wijdverbreide belangstelling vanwege hun niet-Abeliaanse vlechtstatistieken met mogelijke toepassingen in topologische kwantumberekening. Topologische supergeleiders vormen een vruchtbare grond die deze Majorana-excitaties aan hun randen en bij topologische defecten ondersteunt. Theoretische voorstellen laten zien dat zo'n exotische supergeleiding kan worden gerealiseerd door bepaalde topologische zaken in de buurt van een s-golf supergeleider te brengen. in 2017, de groep onder leiding van Prof. Wang aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, realiseerde de chirale topologische supergeleider door een kwantum afwijkende Hall-isolator te koppelen met een s-golf supergeleider en observeerde een half geheel getal geleidingsplateau, die een waarschijnlijke handtekening van chirale Majorana-fermionen geeft.

Om de praktische toepassing van Majorana-fermionen in realistische apparaten verder te benutten, het is van cruciaal belang om Majorana-excitaties in systemen met gecondenseerde materie te beheersen en te manipuleren. Aangezien het Majorana-fermion een ladingsneutraal deeltje is, het directe effect op Majorana-fermionen door elektrische of magnetische methoden zou moeten mislukken. Een recente studie stelde een magnetische methode voor om het transport van chirale Majorana-fermionen in topologische supergeleiders te regelen.

Het verwante onderzoeksdocument, getiteld "Magnetische fluxregeling van chirale Majorana-randmodi in topologische supergeleider, " werd gepubliceerd in WETENSCHAP CHINA-Natuurkunde, Mechanica en astronomie , deel 61, 2018. Het onderzoekswerk werd afgerond door Ph.D. studenten Zhou, hoi, Lv en prof. Sun en prof. Xie, School voor natuurkunde, Peking Universiteit.

De onderzoekers bestudeerden het transport van chirale Majorana-randmodi in een hybride kwantum-abnormaal Hall-isolator-topologisch supergeleidersysteem waarin het topologische supergeleidergebied een Josephson-overgang en een holte bevat, zoals weergegeven in Fig.1. De Josephson-junctie ondergaat een topologische overgang wanneer de magnetische flux door de holte door half-gehele veelvouden van het magnetische fluxquantum gaat. Voor de niet-triviale fase, er verschijnt een nul-energie Majorana-toestand in de holte, terwijl het verdwijnt voor de triviale fase. Met behulp van de resonante tunneling tussen de nul-Majorana-toestand en de chirale Majorana-randmodi die de buitenomtrek van de topologische supergeleider omringen, de transportrichting van de chirale Majorana-randen kan worden gewijzigd zoals aangegeven door gestippelde pijlen in Fig.1. Dit resultaat suggereert een magnetische methode om de chirale Majorana-fermionen te controleren.

Nadere analyse toont aan dat drie verschillende transportpatronen kunnen worden geïdentificeerd voor een paar binnenkomende chirale Majorana-fermionen in dit systeem:(a) beide worden volledig teruggekaatst; (b) beide worden doorgegeven aan een andere lead; (c) een van hen wordt teruggekaatst en een andere wordt naar een andere lead verzonden. Het transportpatroon kan worden omgeschakeld door de grootte van het topologische supergeleidergebied en de magnetische flux te veranderen.

"Deze bevindingen kunnen een haalbaar schema bieden om het transport van chirale Majorana-fermionen te regelen door gebruik te maken van het magnetische veld, " legden de onderzoekers uit, "en potentiële toepassingen hebben voor het vlechten van de Majorana-staten."