Ученые выявили фермионы Майораны на поверхности золота.

Новости МирТесен

Американские исследователи разработали несложную систему, позволяющую изучать элементарные частицы, обладающие уникальными характеристиками. Данное изобретение потенциально может найти применение при создании квантовых компьютеров.

Ученые из Массачусетского технологического института заявили об обнаружении фермионов Майораны — элементарных частиц, одновременно являющихся собственными античастицами — на поверхности золота. Подробное описание этого открытия представлено в научной статье опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Эти редкие частицы получили свое наименование в честь итальянского ученого Этторе Майораны, который предсказал их существование теоретически. Несмотря на соответствие майорановских фермионов многим научным моделям, поиск этих частиц длился продолжительное время. Только в 2017 году группа ученых из Соединенных Штатов и Китая смогла зафиксировать их наличие, применив для этого сложную структуру с двумя слоями: ниобиевый сверхпроводник и топологический изолятор на основе сурьмы, висмута и теллурида хрома.

Для обнаружения ученые применили конструкцию, состоящую из золотых нанонитей толщиной приблизительно четыре нанометра, содержащих ферромагнитный материал (сульфид европия), расположенных на подложке из сверхпроводящего ванадия. Используя туннельную микроскопию для сканирования поверхности золота вблизи ферромагнитных областей, исследователи выявили отчетливые пики сигналов, которые, как предполагает теория, могут быть результатом образования пар фермионов Майораны.

Суть в том, что внутри каждого сверхпроводника электроны перемещаются по дискретным энергетическим уровням. Эти уровни разделены областями, где энергия недоступна для электронного перехода. Точки максимальной энергии, регистрируемые в этих областях, служат индикаторами существования пар «частица-античастица».

«Майорановские фермионы — редкое и необычное явление, которое ученые стремились обнаружить на протяжении долгого времени. Теперь мы наблюдаем их во вполне простом веществе – золоте», — заявил Джагадиш Мудера, ведущий научный сотрудник физического факультета Массачусетского технологического института и один из авторов исследования. «Мы доказали их существование, продемонстрировали стабильность и возможность увеличения количества».

В дальнейшем ученые планируют найти практическое применение этим уникальным частицам. По мнению Алексея Китаева, российского физика, работающего в настоящее время в Соединенных Штатах Америки, на основе Майорановских фермионов можно создать устойчивые квантовые биты для вычислений нового поколения. Предполагается, что каждый бит (наименьшая единица информации в квантовом компьютере) будет формироваться из пар связанных фермионов. Если внешние помехи воздействуют на один элемент пары, второй должен оставаться неизменным, обеспечивая сохранность данных и корректную работу вычислений.

Исследование сотрудников Массачусетского технологического института открывает перспективы для разработки систем с возможностью наращивания до тысяч или даже миллионов квантовых битов. Ранее предложенные конструкции на основе полупроводниковых материалов оказались неэффективными из-за необходимости высокой точности при создании кристаллов и связанных с этим трудоемких процессов. Разработанная Мудерой и его командой структура отличается стабильностью и экономической целесообразностью.