На границе между материей и антиматерией

Физики из Нидерландов говорят, что они получили первые экспериментальные данные существования фермионов Майорана – частиц, которые являются в то же время собственными античастицами. Исследователи объявили, что на границе между тонкой полупроводниковой проволокой и сверхпроводящим электродом они наблюдали так называемую сигнатуру этих неуловимых частиц, которые впервые были предсказаны итальянским физиком Этторе Майорана в 1937 г. Правда, в данном случае речь идет не о фундаментальных частицах, а о квазичастицах, квантах коллективных колебаний электронов в твердом теле.

Открытие согласуется не только с предсказанием Майорана, но и с недавней теоретической работой, согласно которой эти частицы могут образовываться в твердотельных устройствах. Последнее может быть важным для разработки квантовых компьютеров, потому что фермионы Майорана, в отличие от более знакомых дираковских фермионов, таких как электроны, подчиняются не-абелевой статистике и должны быть устойчивы в шумам. Поэтому фермионы Майорана способны сохранять и передавать квантовую информацию без возмущений от внешней среды, которые являются бедствием для любого, кто пытается построить практический квантовый компьютер.

Новые данные о майорановских фермионах были получены командой, возглавляемой Лео Кувенховеном (Leo Kouwenhoven), из Технологического университета Делфта и Технологического университета Эйндховена, которая изучала материалы, известные как топологические изоляторы. Это материалы, которые являются изоляторами в целом, но могут проводить электричество по поверхности благодаря специальным поверхностным состояниям электронов. Теория предсказывает, что квазичастицы могут образовываться посредством комбинации обычного сверхпроводника и топологического изолятора.

В качестве топологического изолятора исследователи использовали нанопроволоку из индия и стронция, которая служила мостом между сверхпроводящим электродом, сделанным из нитрида ниобия и титана, и обычным электродом, сделанным их золота. Устройство охлаждалось до температуры в десятки милликельвинов, и вдоль нанопроволки прикладывалось магнитное поле.

Затем команда измеряла ток, текущий через нанопроволоку как функцию напряжения. При нулевом магнитном поле наблюдались два небольших пика по каждую сторону от нулевого значения напряжения. Когда увеличивалась напряженность магнитного поля, положение этих пиков не изменялось. Та же картина наблюдалась и при замене магнитного поля электрическим.

Согласно заявлению ученых, такое отсутствие ответов на прикладывание магнитного и электрического полей может быть объяснено только присутствием пар майорановских фермионов на одном конце нанопроволоки.

            

Устройство, изготовленное из индий-стронциевой нанопроволоки с золотыми контактами и частично покрытой сверхпроводящим ниобиевым контактом. Фермионы Майорана создавались на конце нанопроволоки