Majorana-partiklar har fått dålig publicitet:en påstådd upptäckt i ultrakalla nanotrådar måste dras tillbaka. Nu öppnar Leiden-fysiker en ny dörr för att upptäcka Majoranas i ett annat experimentellt system, Fu-Kanes heterostruktur, de meddelar in Fysiska granskningsbrev .

Majoranapartiklar är kvasipartiklar:kollektiva rörelser av partiklar (elektroner i detta fall) som beter sig som enstaka partiklar. Om det upptäcks i verkliga livet, de skulle kunna användas för att bygga stabila kvantdatorer.

"Majoranas är kvantmekaniska superpositioner, " förklarar Gal Lemut. Denna superposition, en speciell sorts kombination, består av en elektron och ett hål (en plats i en kristall där en elektron saknas.

"Majoranas har ingen elektrisk laddning, ingen snurr, och noll energi, ", tillägger medförfattaren Michał Pacholski. Detta gör att de inte har några definierande egenskaper till en av deras definierande egenskaper. "Så det är väldigt svårt att upptäcka en Majorana, säger Pacholski.

Klängiga Majoranas

Ett av de första systemen där de förutspåddes existera, var den så kallade Fu-Kane-heterostrukturen. "Det är en topologisk isolator lagrad på en superledare, " säger Pacholski. Topologiska isolatorer, som leder ström endast på sin yta, har varit ett stort fokus för den senaste tidens fysikforskning. Supraledare är material som leder elektricitet utan motstånd.

Tidigare forskning av Liang Fu och Charles Kane förutspådde att Majoranas kommer att dyka upp när en Fu-Kane-heterostruktur placeras i ett magnetfält. Supraledare kommer att driva ut magnetfält, genom den så kallade Meissner-effekten.

Detta innebär att de magnetiska fältlinjerna tränger igenom det supraledande materialet i pelarliknande virvlar, där supraledningsförmågan försvinner lokalt. Majoranas kommer att hålla fast vid dessa virvlar, Fu och Kane förutspådde. Experimenten har hittills matchat deras förutsägelser, men definitiva bevis för Majoranas saknas fortfarande.

En välkommen comeback

Leidens teoretiker bestämde sig för att analysera Fu-Kane materias, och bevisade att tillsats av elektrisk ström kan göra en avgörande skillnad. "Majoranas delokaliseras, " säger Lemut. "Detta betyder att de sprider sig utanför sina virvlar, och de kan träffa varandra. "

Eftersom Majoranas är sina egna antipartiklar, och kan förinta varandra, denna interaktion kan förväntas förstöra dem. Men enligt tidningen, detta är inte fallet:"De fortsätter att existera som separata Majoranas, säger Pacholski, "vilket är ganska förvånande."

Fyndet kan föra upptäckten och eventuell användning av Majoranas ett steg närmare. "Nästa steg skulle vara att övertyga en experimentell fysiker att kontrollera det. Det är inte svårt att bevisa förekomsten av Majoranas, men vår tidning erbjuder en tydlig signatur:Hålen och elektronerna i Majoranas skulle störa varandra. Detta ger ett karakteristiskt randigt mönster, säger Lemut.

Om du upptäcker detta mönster, det skulle innebära en tydlig och välkommen comeback för Majorana.