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意义重大!马约拉纳任意子首次在超导块体材料中被发现

时间:2018-08-20 16:34:45    来源:人民网-人民日报    

马约拉纳任意子首次在超导块体材料中被发现

中国科学家主导的联合研究团队首次在超导块体材料中观察到了马约拉纳零能模,即为马约拉纳任意子。该马约拉纳零能模纯净度高,能在相对更高的温度下得以实现,且材料体系简单,对构建稳定的、高容错、可拓展的未来量子计算机的应用具有极其重要意义。该研究成果于北京时间17日由国际著名学术期刊《科学》在线发表。

宇宙是由物质组成的,我们身边的太阳、高山、河流等物质都由名叫费米子的基本粒子组成。每个费米子都有一个与其自身电荷相反、其他属性相同的反粒子。1937年,意大利理论物理学家马约拉纳预言了自旋为1/2的中性费米子,它不带电荷,其反粒子是它本身。人们把这种神奇的粒子称为马约拉纳费米子,并猜测构成物质世界的基本粒子中的中微子有可能是马约拉纳费米子,但目前尚未得到实验上的证实。

近年来,理论研究表明在凝聚态物质中也可能存在遵守马约拉纳性质的准粒子,被称为“固体宇宙”中的马约拉纳费米子。更神奇的是,当一个马约拉纳费米子被束缚在一“点”上时,会变成两个马约拉纳任意子。所谓“固体宇宙”,就是在我们周围存在很多固体材料,比如金属、非金属、半导体、超导体等,它们内部会有大量的电子。在合适的磁场、压力、温度下,这些电子就会形成准粒子,有些准粒子和真实粒子遵循同样的物理规律,只是行动受限,只能待在固体材料里。

在凝聚态物质中,人们在多种系统中尝试发现马约拉纳费米子,但是具有非常大的难度和挑战性,这也是国际科技界激烈竞争的战略制高点之一。此次,由中国科学院物理研究所、中国科学院大学高鸿钧和丁洪领导的联合研究团队,利用极低温—强磁场—扫描探针显微系统,首次在超导块体材料中观测到马约拉纳任意子。

“我们观测到的马约拉纳任意子不与其他的准粒子态混合,成分纯度很高。进一步实验发现该马约拉纳任意子在6T以下磁场以及4K以下温度都能稳定存在。”丁洪说,这是第一次在单一块体超导材料中发现高纯度的马约拉纳任意子,能在相对高的温度下实现,不容易受到其他准粒子的干扰。同时,这也预示着在其他的多能带高温超导体里也可能存在马约拉纳任意子,为马约拉纳物理的研究开辟新的方向。(记者吴月辉)

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