about 马约拉纳费米子

来源: welovegod 2017-07-22 13:33:10 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (10363 bytes)
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马约拉纳费米子(英语:Majorana fermion)是一种费米子,它的反粒子就是它本身,1937年,埃托雷·马约拉纳發表論文假想這種粒子存在,因此而命名。

2008年,傅亮與查爾斯·凱恩(Charles Kane)給出突破發展,他們預言馬約拉納束縛態會出現於拓撲絕緣體與超導體的介面。[15]隨後,其他物理學者發表了很多類似論文。

自傅亮等的论文发表后,许多科学家都试图做实验在超导体中寻找马约拉纳费米子。[16][17]  2012年物理学者发现了马约拉纳准粒子可能存在的首个证据[18][19]。来自荷兰代尔夫特理工大学科维理纳米科学研究所的研究团队进行了相关实验[20],他们将锑化铟纳米线与一条电路相连,一边为正常的金电极接触区域,另一边为超导体薄片接触区域。设备暴露于中等强度的磁场中,当施加在两个电极间的电压为0时导电率出现峰值,这与一对马约拉纳束缚态的形成相吻合,纳米线与超导体薄片接触区域的两端各有一个马约拉纳费米子。几乎与此同时,由瑞典隆德大学以及美国普渡大学也各自独立地在基于和锑化铟约瑟夫森结结构中分别观察到马约拉纳费米子所引起的零偏压电导峰及交流分数约瑟夫森效应[21][22]。随后,更多实验室发现零偏压电导峰现象,如以色列威尔兹曼研究所在砷化铟、丹麦玻尔研究所在更为纯净的外延砷化铟-铝系统中都发现了这种零能态。[23][24]

更多证据也在基于隧道扫描探针系统中被发现。2014年,普林斯顿大学研究团队使用低温扫描隧道显微镜发现在超导铅元素板表面的一条铁元素长链的两端会出现零能电导峰。[25][26]未参与这项实验的加州理工学院物理学者杰森·阿理夏(Jason Alicea)评论,这项实验给出马约拉纳费米子存在的“令人信服”的证据,但是“我们应该注意到还有其他可能的解释——即使暂时还没有这样的理论”。[27]

中国科学家在该领域也做出了杰出贡献。2016年初,上海交通大学科研团队在实验室里成功地在超导拓扑薄膜系统中探测到了具有零能的漩涡态,并证明这种零能态具有安德烈夫反射自旋选择性,这为马约拉纳零能态提供了另外一种判据,使实验事实更加可靠。[28]

2017年著名华人教授、斯坦福大学张首晟团队与加州大学洛杉矶分校何庆林王康隆团队合作,在超导-量子反常霍尔平台中发现了具有半个量子电导的边缘电流,与理论预言的手性马约拉纳粒子十分吻合。这是在霍尔效应平台系统中第一个具有确凿证据的马约拉纳测量结果。[29]

这些基于超导体平台的实验可能证实了理论的马约拉纳零能束缚态。但是,具备零能态只是马约拉纳准粒子众多性质中的一个,其它很多现象也可导致零能态。虽然零能态以及半个量子电导的越来越精确的测量可以排除大部分干扰因素,但是马约拉纳准粒子的证实必须找到更令人信服的证据,例如,非阿贝尔统计特性以及拓扑保护等。[26][27

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