Japonya ve Kore'deki araştırmacılar, Majorana fermiyonları adı verilen teorik olarak önerilen parçacıkların varlığına dair "kesin kanıtlar" bulduklarını iddia ediyorlar. Uzun zamandır aranan bu parçacıkların kanıtı, Kitaev mıknatısı olarak adlandırılan maddenin termodinamik davranışında ortaya çıktı ve araştırmacılar, gözlemlerinin alternatif teorilerle açıklanamayacağını söylüyor.
Majorana fermiyonları, adını 1937'de varlıklarını tahmin eden İtalyan fizikçi Ettore Majorana'dan almıştır. Bu parçacıklar, kendi antiparçacıkları olmaları nedeniyle sıra dışıdır ve 2000'lerin başında teorik fizikçi, Alexei Kitaev bunların iki eşleştirilmiş elektrondan oluşan yarı parçacıklar biçiminde var olabileceklerini öngördü.
Bu yarı parçacıklar, Abelyen olmayan anyonlar olarak bilinir ve bunların ana çekiciliklerinden biri, dış etkenlere karşı dayanıklı olmalarıdır. Özellikle Kitaev, kuantum bitleri (veya kübitler) olarak kullanıldığında belirli durumların "topolojik olarak korunacağını", yani bunların harici gürültü tarafından rastgele çevrilemeyeceklerini gösterdi. Bu önemlidir çünkü bu tür karışıklıklar pratik, hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayarı yapmanın önündeki ana engellerden biridir.
Kitaev daha sonra bu Majorana durumlarının, bir süper iletkenin yakınında bulunan bir yarı iletkenden yapılmış kuantum nanotellerinin uçlarında meydana gelen elektronik kusur durumları olarak tasarlanabileceğini öne sürdü. Bu nedenle daha sonraki çalışmaların çoğu, yarı iletken-süper iletken heteroyapılarda Majorana davranışını aramaya odaklandı.
Farklı bir yaklaşım
Son çalışmada, liderliğindeki araştırmacılar Takasada Shibauchi arasında Tokyo Üniversitesi İleri Malzeme Bilimi BölümüJaponya, meslektaşlarıyla birlikte Kore Yüksek Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST), farklı bir yaklaşım benimsedi. Çalışmaları α-RuCl adı verilen bir malzemeye odaklanıyor3Majorana fermiyonları için potansiyel bir "konakçı"dır çünkü Kitaev spin sıvıları (KSL'ler) olarak bilinen bir malzeme sınıfına ait olabilir.
Bu malzemelerin kendileri de kuantum spin sıvılarının bir alt türüdür; manyetik momentlerini (veya dönüşlerini) düzenli ve kararlı bir düzende düzenleyemeyen katı manyetik malzemeler. Bu "hayal kırıklığına uğramış" davranış, spinleri sırasıyla aynı veya alternatif yönlere sahip olan sıradan ferromıknatıslardan veya antiferromıknatıslardan çok farklıdır. QSL'lerde dönüşler, aşırı soğuk sıcaklıklarda bile akışkan benzeri bir şekilde sürekli yön değiştirir.
Bir malzemenin KSL olarak nitelendirilebilmesi için mükemmel (tam olarak çözülebilir) iki boyutlu bal peteği şeklinde bir kafese sahip olması ve bu kafes içindeki dönüşlerin olağandışı (Ising tipi) değişim etkileşimleri yoluyla bağlanması gerekir. Bu tür etkileşimler, demir gibi gündelik malzemelerin manyetik özelliklerinden sorumludur ve elektronlar gibi özdeş parçacık çiftleri arasında meydana gelirler; böylece komşu parçacıkların dönüşlerinin aynı yöne işaret etmesini engellerler. KSL'lerin bu nedenle "değişim birleştirme" hayal kırıklığından muzdarip olduğu söyleniyor.
α-RuCl'de3katmanlı bir petek yapısına sahip olan her Ru3+ iyonun (etkili dönüşü -1/2 olan) üç bağı vardır. Shibauchi ve meslektaşları, en kısa iki Ru-Cl-Ru 90° yolu arasındaki etkileşimlerin iptal edilmesinin, bu iki yolu içeren düzleme dik dönüş ekseni ile Ising etkileşimlerine yol açtığını açıklıyor.
“Majorana heyecanlarının ayırt edici özelliği”
Araştırmacılar deneylerinde tek bir α-RuCl kristalinin ısı kapasitesini ölçtüler.3 son teknoloji ürünü yüksek çözünürlüklü bir kurulum kullanarak. Bu kurulum, piezo bazlı iki eksenli bir döndürücü ve numunenin petekli düzlemine dönen bir manyetik alan uygulayan bir süper iletken mıknatısla donatılmış bir seyreltme buzdolabında yer alıyordu. Bu ölçümler, malzemede manyetik alan açısına çok özel bir bağımlılık gösteren topolojik bir kenar modunu ortaya çıkardı. Spesifik olarak araştırmacılar, çok düşük sıcaklıklarda, malzemenin ısı kapasitesinin (termodinamik bir miktar), manyetik alanın açısı sadece birkaç derece eğildiğinde boşluksuz uyarılmalara dönüşen boşluksuz uyarımlar gösterdiğini buldu. Alan açısına olan bu bağımlılığın Majorana yarı parçacık uyarımlarının karakteristiği olduğunu söylüyorlar.
Shibauchi şöyle diyor: "Bu, Kitaev tarafından 2006 yılında teorik olarak formüle edilen, spin sıvı halinde beklenen Majorana uyarımlarının ayırt edici özelliğidir." Fizik dünyası. "Bunun alternatif resimlerle açıklanamayacağına ve dolayısıyla bu uyarımlar için kesin kanıtlar sağladığına inanıyoruz."
Shibauchi, bu tür ölçümlerin önceki sonuçlarının tartışmalı olduğunu kabul ediyor çünkü araştırmacılar, yarı tamsayı kuantum Hall etkisi olarak bilinen bir olgunun (Majorana kenar modunun bir imzası) ortaya çıkıp çıkmadığını söylemekte zorlanıyorlar. Bazı örnekler etkiyi gösterirken diğerleri göstermedi; bu da birçok kişinin farklı bir olgunun sorumlu olabileceğine inanmasına yol açtı. Ancak Shibauchi, ekibin Majorana uyarımlarına özgü açıya bağlı boşluk kapatma özelliğine odaklanan yeni yaklaşımının "bu zorlukların üstesinden geldiğini" söylüyor.
Hala önümüzde uzun bir yol var
Araştırmacılara göre yeni sonuçlar, Majorana fermiyonlarının manyetik bir yalıtkanın spin sıvısı durumunda uyarılabileceğini gösteriyor. Shibauchi, "Bu yeni yarı parçacıkları manipüle etmenin bir yolu bulunabilirse (ki bu kolay bir iş olmayacak), gelecekte hataya dayanıklı topolojik kuantum hesaplamaları gerçekleştirilebilir" diyor.
ayrıntılı olarak inceledikleri çalışmalarında, Bilim GelişmelerAraştırmacıların Majorana davranışını barındıran Kitaev spin sıvısı durumuna ulaşmak için nispeten yüksek bir manyetik alan uygulaması gerekiyordu. Şimdi Majorana durumunun daha düşük, hatta sıfır alanlarda görünebileceği alternatif malzemeler arıyorlar. Emilio Cobanera, bir fizikçi New York'taki SUNY Politeknik Enstitüsü çalışmaya dahil olmayan kişi de bu tür materyallerin mümkün olduğunu kabul ediyor.
Majorana modları kaçmaya devam ediyor
"Shibauchi ve meslektaşlarının dedektif çalışmaları sayesinde RuCl'nin kararlı fazının katmanlarını listeye ekleyebiliriz.3 güvenle ve belki de nihayet diğer birçok malzemedeki herhangi bir şeyi ortaya çıkaracak deneysel teknikleri ve ustalığı geliştiriyoruz” diyor. "Çalışmalarında, ekip iki egzotik senaryo arasında ayrım yapmak zorundaydı: bir tarafta Kitaev petek modelinin fiziği, herhangi bir şeyin tam olarak çözülebilir bir modeli ve başka bir yeni fizik parçası, topolojik olarak önemsiz olmayan bant yapılarıyla ilişkili magnonlar. ”
Cobanera, Shibauchi ve meslektaşlarının da belirttiği gibi, bu iki senaryonun, uygulanan düzlem içi manyetik alanın yönündeki değişiklikler altında termal Hall iletkenliğinin davranışı için çok farklı tahminler üreteceğine işaret ediyor. Bu nedenle bu gözlemi, Cobanera'ya göre magnonik bir açıklamayla açıkça tutarsız olan ve herhangi bir senaryoyu yarı niceliksel olarak destekleyen son teknoloji ürünü mezoskopik termal ölçümlerle takip ettiler.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/heat-capacity-measurements-reveal-majorana-fermions/
