Majorana-deeltjes krijgen slechte publiciteit:een beweerde ontdekking in ultrakoude nanodraden moest worden ingetrokken. Nu openen Leidse natuurkundigen een nieuwe deur naar het detecteren van Majorana's in een ander experimenteel systeem, de Fu-Kane heterostructuur, zij kondigen aan Fysieke beoordelingsbrieven .

Majorana-deeltjes zijn quasideeltjes:collectieve bewegingen van deeltjes (in dit geval elektronen) die zich gedragen als afzonderlijke deeltjes. Als het in het echte leven wordt gedetecteerd, ze kunnen worden gebruikt om stabiele kwantumcomputers te bouwen.

"Majorana's zijn kwantummechanische superposities, " legt Gal Lemut uit. Deze superpositie, een speciaal soort combinatie, bestaat uit een elektron en een gat (een plaats in een kristal waar een elektron ontbreekt.

"Majorana's hebben geen elektrische lading, geen draai, en nul energie, ", voegt co-auteur Michał Pacholski toe. Dit maakt het hebben van geen bepalende kenmerken een van hun bepalende kenmerken. "Dus het is erg moeilijk om een ​​Majorana te detecteren, ' zegt Pacholski.

Aanhankelijke Majorana's

Een van de eerste systemen waarin ze voorspeld waren te bestaan, was de zogenaamde Fu-Kane heterostructuur. "Het is een topologische isolator gelaagd op een supergeleider, " zegt Pacholski. Topologische isolatoren, die alleen stroom geleiden op hun oppervlak, zijn een belangrijk aandachtspunt geweest van recent natuurkundig onderzoek. Supergeleiders zijn materialen die elektriciteit geleiden zonder enige weerstand.

Eerder onderzoek door Liang Fu en Charles Kane voorspelde dat Majoranas zal verschijnen wanneer een Fu-Kane heterostructuur in een magnetisch veld wordt geplaatst. Supergeleiders stoten magnetische velden uit, door het zogenaamde Meissner-effect.

Dit betekent dat de magnetische veldlijnen het supergeleidende materiaal doorboren in kolomachtige wervels, waar de supergeleiding plaatselijk verdwijnt. Majorana's zullen zich vastklampen aan deze draaikolken, Fu en Kane voorspelden. Experimenten hebben tot nu toe hun voorspellingen gematcht, maar definitief bewijs voor de Majorana's ontbreekt nog.

Een welkome comeback

De Leidse theoretici besloten Fu-Kane-materialen te analyseren, en bewees dat het toevoegen van een elektrische stroom een ​​cruciaal verschil kan maken. "De Majorana's verhuizen, " zegt Lemut. "Dit betekent dat ze zich buiten hun draaikolken verspreiden, en misschien ontmoeten ze elkaar."

Omdat Majorana's hun eigen antideeltjes zijn, en kunnen elkaar vernietigen, deze interactie zou kunnen worden verwacht om ze te vernietigen. Maar volgens de krant dit is niet het geval:"Ze blijven bestaan ​​als afzonderlijke Majorana's, " zegt Pacholski, "wat nogal verrassend is."

De bevinding kan de detectie en het uiteindelijke gebruik van Majorana's een stap dichterbij brengen. "De volgende stap zou zijn om een ​​experimenteel fysicus te overtuigen om het te controleren. Het is niet moeilijk om het bestaan ​​van Majorana's te bewijzen, maar ons artikel biedt een duidelijke signatuur:de gaten en de elektronen in de Majorana's zouden met elkaar interfereren. Dit geeft een kenmerkend gestreept patroon, ' zegt Lemut.

Als u dit patroon ontdekt, dat zou een duidelijke en welkome comeback voor de Majorana betekenen.