위상 초전도체: 찾기 힘든 마요라나('천사') 입자를 위한 비옥한 땅

위상 초전도체: 찾기 힘든 마요라나('천사') 입자를 위한 비옥한 땅
무저항의 정보기술을 약속하는 마요라나 페르미온
날짜:
2022년 6월 22일
원천:
ARC 미래 저에너지 전자 기술 우수 센터
요약:
새로운 검토는 철 기반 초전도체에서 마조라나 페르미온의 검색을 조사합니다. 찾기 힘든 Majorana 페르미온 또는 '천사 입자'는 동시에 입자와 반입자처럼 행동하며 놀랍게도 자기 파괴적이기보다는 안정적으로 유지됩니다. Majorana 페르미온은 저항이 없는 정보 및 통신 기술을 약속하고 현대 전자 제품의 증가하는 에너지 소비(이미 전 세계 전력 소비의 8%)를 처리하여 컴퓨팅의 지속 가능한 미래를 약속합니다. 위상 초전도체의 Majorana 제로 에너지 모드는 이러한 이국적인 양자 재료를 위상 양자 컴퓨팅을 실현하기 위한 주요 후보 재료로 만듭니다.

새로운 다중 노드 FLEET 검토는 철 기반 초전도체에서 마조라나 페르미온 검색을 조사합니다.

1937년에 Ettore Majorana가 제안한 '천사 입자'인 찾기 힘든 Majorana 페르미온은 입자와 반입자처럼 동시에 행동하며 놀랍게도 자기 파괴적이기보다는 안정적으로 유지됩니다.

Majorana 페르미온은 저항이 없는 정보 통신 기술을 약속하고 현대 전자 제품의 증가하는 에너지 소비(이미 전 세계 전력 소비의 8%)를 해결하고 컴퓨팅의 지속 가능한 미래를 약속합니다.

또한 이러한 이국적인 양자 물질을 토폴로지 양자 컴퓨팅을 실현하기 위한 주요 후보 물질로 만든 것은 토폴로지 초전도체의 마조라나 제로 에너지 모드의 존재입니다.

응집 물질 시스템에서 Majorana 페르미온의 존재는 FLEET가 미래의 저에너지 전자 기술을 찾는 데 도움이 될 것입니다.

천사 입자: 물질과 반물질 모두

전자, 양성자, 중성자, 쿼크 및 중성미자(페르미온이라고 함)와 같은 기본 입자는 각각 고유한 반입자를 가지고 있습니다. 반입자는 일반적인 상대와 질량은 같지만 전하와 자기 모멘트는 반대입니다.

기존의 페르미온과 반페르미온은 물질과 반물질을 구성하고 결합하면 서로 소멸됩니다.

교신저자인 Xiaolin Wang(UOW) 교수는 "마요라나 페르미온은 이 규칙의 유일한 예외이며, 자체 반입자인 복합 입자입니다.

그러나 Majorana 입자에 대한 집중적인 검색에도 불구하고 두 가지 상충되는 속성(즉, 양전하와 음전하)으로 인해 중성이 되고 환경과의 상호 작용이 매우 약하기 때문에 그 존재에 대한 단서는 수십 년 동안 찾기 어려웠습니다.

위상 초전도체: 천사 입자의 비옥한 땅

마요라나 입자의 존재는 아직 밝혀지지 않았지만 CERN과 같은 고에너지 물리학 시설에 대한 광범위한 검색에도 불구하고 밴드 토폴로지와 초전도성이 공존하는 응집 물질 시스템에서 단일 입자 여기로 존재할 수 있습니다.

UOW의 FLEET 박사후 연구원인 Dr Muhammad Nadeem에 따르면 "지난 20년 동안 마요라나 입자는 많은 초전도체 이종 구조에서 보고되었으며 양자 컴퓨팅 응용 분야에서 강력한 잠재력으로 입증되었습니다."

몇 년 전, 철 기반 위상 초전도체라고 하는 새로운 유형의 재료가 이종 구조의 제작 없이 Majorana 입자를 호스팅하는 것으로 보고되었으며, 이는 실제 장치에 적용하기에 중요합니다.

"우리 기사는 위상 초전도체 재료를 얻는 방법, 위상 위상 상태의 실험적 관찰, 마조라나 제로 모드의 감지와 같은 재료에서 가장 최근의 실험적 성과를 검토합니다"라고 제1저자인 UOW PhD 후보자인 Lina Sang이 말했습니다.

이러한 시스템에서 준입자는 1차원 경로를 따라 이동하는 '키랄' 마요라나 페르미온과 0차원 공간에서 경계를 유지하는 마조라나 '제로 모드'와 같은 특정 유형의 마요라나 페르미온을 가장할 수 있습니다.

Majorana 제로 모드의 응용

마조라나 페르미온을 수용하는 그러한 응집 물질 시스템이 실험적으로 접근 가능하고 간단한 기술로 특징지어질 수 있다면, 연구자들이 마조라나 페르미온의 고유한 물리적 특성을 이용하여 기능이 가능한 저에너지 기술의 엔지니어링을 주도하는 데 도움이 될 것입니다. 내결함성 토폴로지 양자 컴퓨팅 및 초저 에너지 전자 장치.

물질의 위상 상태, 위상 절연체 및 Weyl 반금속에서 Majorana 페르미온의 호스팅은 호주 시드니에서 개최되는 이번 달 반도체 물리학(ICPS)에 관한 주요 국제 회의에서 다룰 것입니다.

IOP 2021 양자 재료 로드맵은 마조라나 모드 기반 토폴로지 장치를 위한 고유 스핀-궤도 결합(SOC) 기반 양자 재료의 역할을 조사하고 강력한 SOC 재료와 초전도체 사이의 경계 및 철 기반에서 증거를 제시합니다.