馬約拉納任意子首次在超導塊體材料中被發(fā)現
中國科學(xué)家主導的聯(lián)合研究團隊首次在超導塊體材料中觀(guān)察到了馬約拉納零能模，即為馬約拉納任意子。該馬約拉納零能模純凈度高，能在相對更高的溫度下得以實(shí)現，且材料體系簡(jiǎn)單，對構建穩定的、高容錯、可拓展的未來(lái)量子計算機的應用具有極其重要意義。該研究成果于北京時(shí)間17日由國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線(xiàn)發(fā)表。
宇宙是由物質(zhì)組成的，我們身邊的太陽(yáng)、高山、河流等物質(zhì)都由名叫費米子的基本粒子組成。每個(gè)費米子都有一個(gè)與其自身電荷相反、其他屬性相同的反粒子。1937年，意大利理論物理學(xué)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(chēng)為馬約拉納費米子，并猜測構成物質(zhì)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(shí)驗上的證實(shí)。
近年來(lái)，理論研究表明在凝聚態(tài)物質(zhì)中也可能存在遵守馬約拉納性質(zhì)的準粒子，被稱(chēng)為“固體宇宙”中的馬約拉納費米子。更神奇的是，當一個(gè)馬約拉納費米子被束縛在一“點(diǎn)”上時(shí)，會(huì )變成兩個(gè)馬約拉納任意子。所謂“固體宇宙”，就是在我們周?chē)嬖诤芏喙腆w材料，比如金屬、非金屬、半導體、超導體等，它們內部會(huì )有大量的電子。在合適的磁場(chǎng)、壓力、溫度下，這些電子就會(huì )形成準粒子，有些準粒子和真實(shí)粒子遵循同樣的物理規律，只是行動(dòng)受限，只能待在固體材料里。
在凝聚態(tài)物質(zhì)中，人們在多種系統中嘗試發(fā)現馬約拉納費米子，但是具有非常大的難度和挑戰性，這也是國際科技界激烈競爭的戰略制高點(diǎn)之一。此次，由中國科學(xué)院物理研究所、中國科學(xué)院大學(xué)高鴻鈞和丁洪領(lǐng)導的聯(lián)合研究團隊，利用極低溫—強磁場(chǎng)—掃描探針顯微系統，首次在超導塊體材料中觀(guān)測到馬約拉納任意子。
“我們觀(guān)測到的馬約拉納任意子不與其他的準粒子態(tài)混合，成分純度很高。進(jìn)一步實(shí)驗發(fā)現該馬約拉納任意子在6T以下磁場(chǎng)以及4K以下溫度都能穩定存在。”丁洪說(shuō)，這是第一次在單一塊體超導材料中發(fā)現高純度的馬約拉納任意子，能在相對高的溫度下實(shí)現，不容易受到其他準粒子的干擾。同時(shí)，這也預示著(zhù)在其他的多能帶高溫超導體里也可能存在馬約拉納任意子，為馬約拉納物理的研究開(kāi)辟新的方向。(記者吳月輝)
