Le fermion de Majorane, une particule qui est sa propre antiparticule, a été initialement introduit comme particule élémentaire putative par Ettore Majorana en 1937, et le fermion de Majorana chiral a été observé expérimentalement dans des supraconducteurs topologiques en 2017. Étant donné que le fermion de Majorana est une particule à charge neutre, l'effet direct sur les fermions de Majorana par les méthodes électromagnétiques devrait échouer. Maintenant, des chercheurs ont proposé un schéma pour contrôler le transport des modes de bord de Majorana chiraux dans une jonction Josephson en forme d'anneau d'un supraconducteur topologique à l'aide d'un flux magnétique.

Les excitations exotiques présentant les caractéristiques des fermions de Majorana dans les systèmes de matière condensée suscitent un intérêt généralisé en raison de leurs statistiques de tressage non abélien avec des applications possibles dans le calcul quantique topologique. Les supraconducteurs topologiques fournissent un terrain fertile supportant ces excitations de Majorana à leurs bords et au niveau des défauts topologiques. Des propositions théoriques montrent qu'une telle supraconductivité exotique peut être réalisée en rapprochant certaines matières topologiques d'un supraconducteur à onde s. En 2017, le groupe dirigé par le professeur Wang à l'Université de Californie, Los Angeles, réalisé le supraconducteur topologique chiral en couplant un isolant Hall anormal quantique avec un supraconducteur à onde s et observé un plateau de conductance demi-entier, qui fournit une signature probable de fermions chiraux de Majorana.

Pour exploiter davantage l'application pratique des fermions de Majorana dans des dispositifs réalistes, il est crucial de contrôler et de manipuler les excitations de Majorana dans les systèmes de matière condensée. Considérant que le fermion de Majorana est une particule à charge neutre, l'effet direct sur les fermions de Majorana par des méthodes électriques ou magnétiques devrait échouer. Une étude récente a proposé une méthode magnétique pour contrôler le transport des fermions chiraux de Majorana dans les supraconducteurs topologiques.

Le document de recherche connexe, intitulé "Contrôle du flux magnétique des modes de bord de Majorana chiraux dans un supraconducteur topologique, " a été publié dans SCIENCE CHINE-Physique, Mécanique &Astronomie , tome 61, 2018. Le travail de recherche a été achevé par un doctorat. étudiants Zhou, Ho, Lv et le professeur Sun et le professeur Xie, École de physique, Université de Pékin.

Les chercheurs ont étudié le transport des modes de bord de Majorana chiraux dans un système hybride quantique anomal isolant Hall-supraconducteur topologique dans lequel la région topologique supraconductrice contient une jonction Josephson et une cavité comme le montre la Fig.1. La jonction Josephson subit une transition topologique lorsque le flux magnétique à travers la cavité passe par des multiples demi-entiers du quantum de flux magnétique. Pour la phase non triviale, un état de Majorana à énergie nulle apparaît dans la cavité, alors qu'il disparaît pour la phase triviale. À l'aide de l'effet tunnel résonnant entre l'état de Majorana zéro et les modes de bord de Majorana chiraux encerclant le périmètre extérieur du supraconducteur topologique, la direction de transport des bords chiraux de Majorana peut être modifiée comme indiqué par les flèches en pointillés sur la Fig.1. Ce résultat suggère une méthode magnétique pour contrôler les fermions chiraux de Majorana.

Une analyse plus poussée montre que trois modèles de transport différents peuvent être identifiés pour une paire de fermions de Majorana chiraux entrants dans ce système :(a) les deux sont totalement réfléchis; (b) les deux sont transmis à un autre prospect ; (c) l'un d'eux est réfléchi et un autre est transmis à un autre fil. Le modèle de transport peut être commuté en changeant la taille de la région supraconductrice topologique et le flux magnétique.

"Ces résultats peuvent fournir un schéma réalisable pour contrôler le transport des fermions chiraux de Majorana en utilisant le champ magnétique, " les chercheurs ont expliqué, "et ont des applications potentielles pour tresser les États de Majorana."