Topološki supravodiči: plodno tlo za neuhvatljive anđeoske čestice
Majoranini fermioni obećavaju informacijsku i komunikacijsku tehnologiju s nultim otporom i rješavaju problem rastuće potrošnje energije moderne elektronike
Neuhvatljivi Majoranin fermion, ili "anđeoska čestica" koju je 1937. predložio fizičar Ettore Majorana, istovremeno se ponaša kao čestica i antičestica i pritom ostaje iznenađujuće stabilna, a ne samodestruktivna.
Glavni kandidati
Majoranini fermioni obećavaju informacijsku i komunikacijsku tehnologiju s nultim otporom i time rješavaju problem rastuće potrošnje energije moderne elektronike na koju trenutno otpada osam posto globalne potrošnje električne energije i nudi nadu u održivu budućnost računalstva.
Prisutnost Majoraninih nultoenergetskih modova u topološkim supravodičima učinila je te egzotične kvantne materijale glavnim kandidatima za realizaciju topološkog kvantnog računanja. A postojanje fermiona u sustavima kondenzirane tvari pomoći će u potrazi za budućim niskoenergetskim elektroničkim tehnologijama.
I materija i antimaterija
Fundamentalne čestice poput elektrona, protona, neutrona, kvarkova i neutrina (zvanih fermioni) imaju svoje različite antičestice. Antičestica ima istu masu, ali suprotan električni naboj i magnetski moment. Konvencionalni fermion i antifermion čine tvar i antimateriju i međusobno se uništavaju kada se spoje.
Majoranin fermion jedina je iznimka od ovog pravila, kompozitna čestica koja je vlastita antičestica, objašnjava prof. Xiaolin Wang, glavni autor rada, netom objavljenog u časopisu Matter. Međutim, unatoč intenzivnoj potrazi, trag o njegovom postojanju nedostižan je već desetljećima, jer ga dva sukobljena svojstva - pozitivan i negativan naboj - čine neutralnim, a njegove interakcije s okolinom vrlo su slabe.
Plodno tlo za anđeosku česticu
Iako postojanje Majoranine čestice tek treba biti otkriveno, unatoč opsežnim pretragama u objektima za fiziku visokih energija kao što je CERN, ona može postojati kao pobuđivanje jedne čestice u sustavima kondenzirane tvari gdje koegzistiraju topologija pojasa i supravodljivost.
"U posljednja dva desetljeća, ove čestice zabilježene su u mnogim supravodljivim heterostrukturama i pokazale su se s jakim potencijalom u aplikacijama kvantnog računanja", objašnjavaju istraživači australskog Sveučilišta Wollongong koji su se dali u potragu za Majoraninim fermionima u supravodičima na bazi željeza.
Eksperimentalna dostignuća
Prije nekoliko godina objavljena je nova vrsta materijala, topološki supravodič na bazi željeza koji sadrži Majoranine čestice bez izrade heterostruktura, što je značajno za primjenu u stvarnim uređajima. Rad u časopisu Matter prikazuje najnovija eksperimentalna dostignuća u ovim materijalima.
O smještaju fermiona u topološkim stanjima materije, topološkim izolatorima i Weylovim polumetalima govorit će se i na velikoj međunarodnoj konferenciji o fizici poluvodiča (ICPS), koja se krajem mjeseca održava u Sydneyu u Australiji.
