馬約拉納任意子

馬約拉納任意子，指中國科學家主導的聯合研究團隊首次在超導塊體材料中觀察到了馬約拉納零能模。

2018年8月17日，該研究成果由國際著名學術期刊《科學》線上發表。

基本介紹

• 中文名：馬約拉納任意子
• 又稱：馬約拉納零能模
• 發表時間：2018年8月17日
• 發表期刊：《科學》

研究背景

宇宙是由物質組成的，太陽、高山、河流等物質都由名叫費米子的基本粒子組成。每個費米子都有一個與其自身電荷相反、其他屬性相同的反粒子。1937年，義大利理論物理學家馬約拉納預言了自旋為1/2的中性費米子，它不帶電荷，其反粒子是它本身。人們把這種神奇的粒子稱為馬約拉納費米子，並猜測構成物質世界的基本粒子中的中微子有可能是馬約拉納費米子，但目前尚未得到實驗上的證實。

近年來，理論研究表明在凝聚態物質中也可能存在遵守馬約拉納性質的準粒子，被稱為“固體宇宙”中的馬約拉納費米子。更神奇的是，當一個馬約拉納費米子被束縛在一“點”上時，會變成兩個馬約拉納任意子。所謂“固體宇宙”，就是在很多固體材料，比如金屬、非金屬、半導體、超導體等，它們內部會有大量的電子。在合適的磁場、壓力、溫度下，這些電子就會形成準粒子，有些準粒子和真實粒子遵循同樣的物理規律，只是行動受限，只能待在固體材料里。

研究發現

在凝聚態物質中，人們在多種系統中嘗試發現馬約拉納費米子，但是具有非常大的難度和挑戰性。此次，由中國科學院物理研究所、中國科學院大學高鴻鈞和丁洪領導的聯合研究團隊，利用極低溫—強磁場—掃描探針顯微系統，首次在超導塊體材料中觀測到馬約拉納任意子。

主要特點

馬約拉納任意子不與其他的準粒子態混合，成分純度很高，能在相對更高的溫度下得以實現，且材料體系簡單。進一步實驗發現該馬約拉納任意子在6T以下磁場以及4K以下溫度都能穩定存在。這是第一次在單一塊體超導材料中發現高純度的馬約拉納任意子，能在相對高的溫度下實現，不容易受到其他準粒子的干擾。

研究意義

馬約拉納零能模對構建穩定的、高容錯、可拓展的未來量子計算機的套用具有極其重要意義。這也預示著在其他的多能帶高溫超導體裡也可能存在馬約拉納任意子，為馬約拉納物理的研究開闢新的方向。