《新发现:基于马约拉纳费米子可以开发热电纳米器件》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-04-13
  • 巴西研究人员在理论研究中发现了一种粒子同时是自身的反粒子,即马约拉纳费米子,并在科学报告中发表了该结果。

    这种反粒子即为自身的粒子是一个新的理论研究主题。这些Majorana准粒子可以作为拓扑超导体中的激发而出现。

    巴西圣保罗州立大学(UNESP)的研究员Antonio Carlos Ferreira Seridonio说,通过让量子点'看到'更多的1或2,即通过改变系统的不对称性,我们可以使用人造原子作为调谐器,让流经它的热能或电能被红移或蓝移。

    图片来源:Luciano Henrique Siliano Ricco (FEIS-UNESP)圣保罗州立大学

    1938年3月,年轻的意大利物理学家埃托雷•马约拉纳神秘失踪,这令国家科学界震惊。这一事件至今仍未得到解释,尽管列奥纳多•斯卡西亚试图解开他的书《马约拉娜失踪》(1975)中的谜团。

    恩里科•费米(Enrico Fermi)被称为艾萨克•牛顿(Isaac Newton)的天才,在他为科学做出了主要贡献的一年之后,便消失了。1937年,年仅30岁的埃托雷•马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的费米子,并暗示它可能是中微子,这种费米子的反粒子不但和它自己长相一样,带电属性也一样。两兄弟站在一起就像照镜子,可以说,它们的反粒子就是自己本身,这种费米子被称为“马约拉纳费米子”。最近它的存在被Fermi(费米)和Wolfgang Pauli(沃尔夫冈•泡利)预言。

    八十年后,大多数物理学家所研究的对象中就有majoranas费米子,或者简单的majoranas。除了中微子,其性质,无论它们是否是majoranas,都是大型实验沙丘的一个研究目标;另一个类不是基本粒子,而是对准粒子或表面粒子在凝聚态领域的研究。这些马约拉纳准粒子可以作为拓扑超导体的激发态出现。

    由圣保罗研究基金会FAPESP与他的主管Antonio Carlos Ferreira Seridonio等人以及合作的博士生Luciano Henrique Siliano Ricco在圣保罗州立大学(UNESP)的Ilha Solteira校区进行一项新研究,并在科学报告中发表了其文章。

    Seridonio说:“我们提出了一种理论装置,它可以作为热电调谐器,即一种由马约纳亚费米子协助的热量和电荷的调谐器。”

    该装置由量子点组成(量子点QDs通常称为“人造原子”),在这种情况下,QD位于两个温度不同的金属导线之间。温差是允许热能流过QD的基础。一种准一维超导导线,被其提议者俄罗斯物理学家Alexei Kitaev被称为Kitaev线,现在Alexei Kitaev是美国加州理工学院(Caltech)研究QD的教授。

    在这项研究中,Kitaev线环或u型线在其边缘有两个马约拉纳(η1和η2)。马约拉纳处于一种以零能量模式为特征的激发态。

    FAPESP研究团队的主要研究人员说:“当QD仅与导线的一侧链接时,系统在电导和热导方面表现出共鸣,换句话说,此刻它就像一个热电滤波器。我应该强调的是,当两个马约拉纳通过电线看到对方时,这种行为就会成为热和电能的过滤器,但他们中只有其中一个看到了连接中的量子点。”

    研究人员调查的另一种可能性是,通过将其连接到Kitaev电线的两端,同时使QD“看到”两个马约拉纳。“通过让QD'看到'更多的η1或η2,即通过改变系统的不对称性,我们可以使用人造原子作为调谐器,流过它的热能或电能被红移或蓝移,”Seridonio说。Seridonio补充说,这篇理论文章将有助于开发基于Majorana费米子的热电器件。

    原文来自sciencedaily,原文题目:Thermoelectric nanodevice based on Majorana fermions is proposed。

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=168231
相关报告
  • 《马约拉纳费米子首次在黄金上“现形”》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-04-16
    • 据美国麻省理工学院(MIT)网站近日报道,美中科学家携手在《美国国家科学院院刊》上撰文指出,他们首次在金属金表面观测到马约拉纳费米子出现的证据,这是科学家首次在一个可扩展平台上观测到这一粒子,他们计划接下来将这一粒子变成稳定且高容错的量子比特,以促进量子计算机的研发。   费米子包括电子、质子、中子和夸克,是构成物质的基本粒子。1928年,英国理论物理学家保罗·狄拉克预测:宇宙中每个基本粒子都存在相对应的反粒子。1937年,意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳提出:自然界应存在正反粒子相同的费米子,这就是马约拉纳费米子。   科学家一直在寻找马约拉纳费米子。有理论学家预测,在特定情况下,马约拉纳费米子也可能存在于固体内。2018年,中国科学家高鸿钧和丁洪领导的联合研究团队宣布,首次在超导块体中观察到了马约拉纳费米子。   在最新研究中,MIT和香港科技大学研究人员在他们设计和制造的材料系统中观察到了马约拉纳费米子存在的证据。该系统由超导材料钒上生长的金纳米线组成,其上布满拥有铁磁性的硫化铕小“岛”。当研究人员扫描这些“岛”附近表面时,看到金最顶层表面出现接近零能量的特征峰值信号。理论指出,该种峰值只能由马约拉纳费米子对产生。   研究人员表示,看到一对马约拉纳费米子是朝着制造出量子比特迈出的重要一步。他们计划接下来将这些粒子变成量子比特。如果能实现,将是构建出实用量子计算机的关键一步。
  • 《研究人员发现纳米颗粒可以在不同的相之间来回转换》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-02-27
    • 由耶路撒冷希伯来大学纳米科学和纳米技术中心的创始人Uri Banin教授和他的同事、康奈尔大学的Tobias Hanrath教授和Richard Robinson教授组成的研究小组做出了一项革命性的纳米科学发现。 在他们最近发表在《科学》杂志上的一篇题为《无机簇的化学可逆异构化》的论文中,作者证明了缺失的环节是一个“魔法大小的纳米簇”,它连接了物质在巨大和固体体积物质相变和小规模分子异构化中重新排列自身的方式之间的鸿沟。 异构化,即一个分子转化成另一个原子相同但排列不同的分子,在自然界中是很常见的。这种现象通常是在增加能量时触发的,就像光如何促进视网膜中的分子转换,让人类看到;或者橄榄油被加热到高温,异构化成不健康的反式脂肪。虽然石墨和其他类似的块状物质也可以改变相,例如变成钻石,但它们需要大量的能量,而且变化发生得更慢,这种变化会逐渐扩散到分子中。 长期以来,研究人员一直在寻找这两个世界之间的联系——微小的有机材料能够在两种状态之间以一种连贯的方式来回翻转,而巨大的材料变化得更缓慢。这仍然是纳米科学家在绘制和推断从分子异构化到相变的交叉过程中所缺少的神秘环节。为了找到这个桥梁,研究人员必须找到纳米晶体在多大的尺寸下会在一个快速的步骤中改变其内部结构,就像分子在异构化时所做的那样。罗宾逊和巴宁在一次从伊萨卡岛飞往耶路撒冷的意外飞行中发现了这个神奇的数字。 三年前,罗宾逊在巴宁位于希伯来大学的纳米科学实验室休假。鲁滨逊在耶路撒冷的时候,他要求一名国内的研究生寄给他一些特定尺寸的纳米颗粒。 “当他们找到我时,我用光谱仪测量了他们,然后我说,‘等等,你给我的是小颗粒,而不是大颗粒。’”“他说,‘不,我把大的给你送来了,’”罗宾逊回忆说。“我们意识到他们一定是在飞行途中发生了变化。这引发了一系列的问题和实验,最终我们得到了这个新发现。 鲁宾逊、巴宁和汉拉斯推断,这些粒子在从伊萨卡飞往耶路撒冷的途中发生了变化。 在飞机上,货箱里一定有水分,样品的相位发生了变化。 Uri Banin教授,耶路撒冷希伯来大学纳米科学与纳米技术中心创始人 康奈尔大学和希伯来大学的联合研究小组开始分析微小簇分子的这种转变,尤其是“神奇大小的纳米簇”。这些纳米团簇只包含57个原子,这使得它们比普通分子大,但与钻石或石墨等块状物质相比仍然相对较小。研究人员发现,当这些团簇从一种结构或相过渡到另一种结构或相时,其变化是在一个快速的步骤中发生的,就像在微小分子中异构化一样。通过这种方式,研究人员覆盖了分子异构化和体积相变之间难以捉摸的缺失环节。 尽管还需要更多的研究,这些粒子在未来可能会被用作传感器或计算开关,Banin说。此外,这项最新的突破可能会在量子计算方面有应用,甚至可能成为制造更大纳米颗粒的种子。 一百年前,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)无法预测他的相对论会成为GPS系统和Waze应用程序的基础,而我们现在依赖Waze来导航。纳米团簇是一种可以用来制造其他更大材料的化学物质。能够操纵它们从一种状态到另一种状态的精确转换,在将来可能有许多重要的应用。 Uri Banin教授,耶路撒冷希伯来大学纳米科学与纳米技术中心创始人 ——文章发布于2019年2月19日