Исследовательская группа во главе с Окриджской национальной лабораторией Министерства энергетики подтвердила магнитные подписи, вероятно, связанные с фермионами Majorana – неуловимые частицы, которые могли быть основанием для квантового бита или кубитом, в двумерном подобном графену материале, альфа-рутений trichloride. Результаты, изданные в журнале Science, проверяют и расширяют 2 016 исследований Материалов Природы, в которых команда исследователей от ORNL, Университета Теннесси, Института Макса Планка и Кембриджского Университета сначала предложила это необычное поведение в материале.«Это исследование – поставленное обещание», сказал ведущий автор Арнэб Бэнерджи, постдокторский исследователь в ORNL. «Прежде, мы предположили, что этот комплекс, альфа-рутений trichloride, показал физику фермионов Majorana, но материал, который мы использовали, был порошком и затенил много важных деталей. Теперь, мы смотрим на большой единственный кристалл, который подтверждает, что необычный магнитный спектр согласовывается с идеей магнитных фермионов Majorana».
Фермионы Майораны теоретизировались в 1937 физиком Этторе Майораной. Они уникальны в этом, в отличие от электронов и протонов, копии античастицы которых – позитрон и антипротон, частицы с равными но противоположными обвинениями, фермионы Майораны – своя собственная античастица и имеют бесплатно.
В 2006 физик Алексей Китаев разработал разрешимую теоретическую модель, описывающую, как топологически защищенные квантовые вычисления могли быть достигнуты в материальном квантовом вращении использования жидкости или QSLs. QSLs – странные государства, достигнутые в твердых материалах, где магнитные моменты или «вращения», связанные с электронами, показывают подобное жидкости поведение.«Наши измерения рассеивания нейтрона показывают нам ясные подписи магнитных возбуждений, которые тесно напоминают модель Китаева QSL», сказал соответствующий автор Стив Нэглер, директор Квантового Подразделения Конденсированного вещества в ORNL. «Улучшения новых измерений похожи на рассмотрение Сатурна через телескоп и обнаружение колец впервые».
Поскольку нейтроны – микроскопические магниты, которые несут бесплатно, они могут использоваться, чтобы взаимодействовать с и взволновать другие магнитные частицы в системе, не ставя под угрозу целостность строения атома материала. Нейтроны могут измерить магнитный спектр возбуждений, показав, как частицы ведут себя.
Команда охладила материал к температурам около абсолютного нуля (о минус 450 градусов по Фаренгейту), чтобы позволить непосредственное наблюдение просто квантовых движений.Используя инструмент СЕКВОЙИ в Нейтроне Расщепления ядра ORNL Источник позволил следователям планировать изображение магнитных движений кристалла в обоих пространстве и времени.
«Мы видим, что магнитный спектр проявляется в форме шестиконечной звезды и как он отражает основную сотовидную решетку материала», сказал Бэнерджи. «Если бы мы можем понять эти магнитные возбуждения подробно тогда, мы будем одним шагом ближе к нахождению материала, который позволил бы нам преследовать окончательную мечту о квантовых вычислениях».Banerjee и его коллеги преследуют дополнительные эксперименты с прикладными магнитными полями и переменные давления.
«Мы применили очень сильную технику измерений, чтобы получить эту изящную визуализацию, которая позволяет нам непосредственно видеть квантовую природу материала», сказал соавтор Алан Теннант, руководитель исследовательских работ для Нейтронного Научного Управления ORNL. «Часть волнения экспериментов – то, что они приводят теорию. Мы видим эти вещи, и мы знаем, что они реальны».