En mars 1938, le jeune physicien italien Ettore Majorana a mystérieusement disparu, laissant la communauté scientifique de son pays ébranlée. L'épisode reste inexpliqué, malgré la tentative de Leonardo Scascia d'élucider l'énigme dans son livre La disparition de Majorana (1975).

Majorane, qu'Enrico Fermi appelait un génie de la stature d'Isaac Newton, disparu un an après avoir apporté sa principale contribution à la science. En 1937, alors qu'il n'avait que 30 ans, Majorana a émis l'hypothèse d'une particule qui est sa propre antiparticule et a suggéré qu'il pourrait s'agir du neutrino, dont l'existence avait été récemment prédite par Fermi et Wolfgang Pauli.

Huit décennies plus tard, Fermions de Majorane, ou simplement majoranes, sont parmi les objets les plus étudiés par les physiciens. En plus des neutrinos, dont la nature, qu'ils soient majoranes ou non, est l'un des objectifs d'investigation de la méga-expérience Dune - une autre classe non pas de particules fondamentales mais de quasi-particules ou de particules apparentes a été étudiée dans le domaine de la matière condensée. Ces quasi-particules de Majorana peuvent émerger sous forme d'excitations dans des supraconducteurs topologiques.

Une nouvelle étude de Ph.D. l'étudiant Luciano Henrique Siliano Ricco et son superviseur Antonio Carlos Ferreira Seridonio et autres, a été menée sur le campus Ilha Solteira de l'Université d'État de São Paulo (UNESP) au Brésil et publiée dans Rapports scientifiques .

"Nous proposons un dispositif théorique qui agit comme un syntoniseur thermoélectrique - un syntoniseur de chaleur et de charge - assisté par les fermions de Majorana, " a déclaré Seridonio. L'appareil se compose d'un point quantique (QD), représenté sur la figure A par le symbole ε1. Les QD sont souvent appelés « atomes artificiels ». Dans ce cas, le QD est situé entre deux fils métalliques à des températures différentes.

La différence de température permet à l'énergie thermique de circuler à travers le QD. Un fil supraconducteur quasi-unidimensionnel, appelé fil de Kitaev d'après le physicien russe Alexei Kitaev, actuellement professeur au California Institute of Technology (Caltech) aux États-Unis, est connecté au QD.

Dans cette étude, le fil de Kitaev était en forme d'anneau ou de U et avait deux majoranes (η1 et η2) sur ses bords. Les majoranes émergent comme des excitations caractérisées par des modes à énergie nulle.

"Lorsque le QD est couplé à un seul côté du fil, le système se comporte de manière résonante en ce qui concerne la conductance électrique et thermique. En d'autres termes, il se comporte comme un filtre thermoélectrique, " a déclaré Seridonio. " Je dois souligner que ce comportement en tant que filtre pour l'énergie thermique et électrique se produit lorsque les deux majoranas se " voient " via le fil, mais un seul d'entre eux "voit" le QD dans la connexion."

Une autre possibilité étudiée par les chercheurs consistait à faire en sorte que le QD « voie » les deux majoranes en même temps en le connectant aux deux extrémités du fil Kitaev.

"En faisant en sorte que le QD 'voit' plus de η1 ou η2, c'est à dire., en faisant varier l'asymétrie du système, nous pouvons utiliser l'atome artificiel comme accordeur, où l'énergie thermique ou électrique qui la traverse est décalée vers le rouge ou vers le bleu, " a déclaré Seridonio (voir figure B).

Cet article théorique, il ajouta, devrait contribuer au développement de dispositifs thermoélectriques à base de fermions de Majorana.