El fermión de Majorana, una partícula que es su propia antipartícula, fue introducido originalmente como una partícula elemental putativa por Ettore Majorana en 1937, y el fermión quiral de Majorana se observó experimentalmente en superconductores topológicos en 2017. Dado que el fermión de Majorana es una partícula de carga neutra, el efecto directo sobre los fermiones de Majorana por métodos electromagnéticos debería fallar. Ahora, Los investigadores han propuesto un esquema para controlar el transporte de modos de borde quirales de Majorana en una unión Josephson en forma de anillo de un superconductor topológico utilizando flujo magnético.

Las excitaciones exóticas con características de los fermiones de Majorana en sistemas de materia condensada están atrayendo un interés generalizado debido a sus estadísticas de trenzado no abeliano con posibles aplicaciones en la computación cuántica topológica. Los superconductores topológicos proporcionan un terreno fértil que sustenta estas excitaciones de Majorana en sus bordes y en defectos topológicos. Las propuestas teóricas muestran que una superconductividad tan exótica se puede realizar al acercar ciertas cuestiones topológicas a un superconductor de onda S. En 2017, el grupo dirigido por el Prof. Wang de la Universidad de California, Los Angeles, se dio cuenta del superconductor topológico quiral mediante el acoplamiento de un aislante de Hall anómalo cuántico con un superconductor de onda S y observó una meseta de conductancia de medio entero, que proporciona una firma probable de fermiones quirales de Majorana.

Para aprovechar aún más la aplicación práctica de los fermiones de Majorana en dispositivos realistas, es crucial controlar y manipular las excitaciones de Majorana en sistemas de materia condensada. Teniendo en cuenta que el fermión de Majorana es una partícula de carga neutra, el efecto directo sobre los fermiones de Majorana por métodos eléctricos o magnéticos debería fallar. Un estudio reciente propuso un método magnético para controlar el transporte de fermiones quirales de Majorana en superconductores topológicos.

El trabajo de investigación relacionado, titulado "Control de flujo magnético de modos de borde quirales de Majorana en superconductores topológicos, "fue publicado en CIENCIA CHINA-Física, Mecánica y Astronomía , volumen 61, 2018. El trabajo de investigación fue completado por Ph.D. estudiantes Zhou, Hou Lv y Prof. Sun y Prof. Xie, Escuela de Física, Universidad de Peking.

Los investigadores estudiaron el transporte de modos de borde quirales de Majorana en un sistema híbrido de superconductor topológico-aislante cuántico anómalo de Hall en el que la región del superconductor topológico contiene una unión de Josephson y una cavidad, como se muestra en la Figura 1. La unión de Josephson sufre una transición topológica cuando el flujo magnético a través de la cavidad pasa a través de múltiplos de número medio entero del cuanto de flujo magnético. Para la fase no trivial, aparece un estado de Majorana de energía cero en la cavidad, mientras se desvanece por una fase trivial. Con la ayuda del túnel resonante entre el estado cero de Majorana y los modos de borde quirales de Majorana que rodean el perímetro exterior del superconductor topológico, la dirección de transporte de los bordes quirales de Majorana se puede cambiar como se indica mediante flechas discontinuas en la figura 1. Este resultado sugiere un método magnético para controlar los fermiones quirales de Majorana.

Un análisis más detallado muestra que se pueden identificar tres patrones de transporte diferentes para un par de fermiones quirales de Majorana entrantes en este sistema:(a) ambos se reflejan totalmente; (b) ambos se transmiten a otro cliente potencial; (c) uno de ellos se refleja y otro se transmite a otra derivación. El patrón de transporte se puede cambiar cambiando el tamaño de la región del superconductor topológico y el flujo magnético.

"Estos hallazgos pueden proporcionar un esquema factible para controlar el transporte de fermiones quirales de Majorana mediante el uso del campo magnético," "explicaron los investigadores, y tienen aplicaciones potenciales para el trenzado de los estados de Majorana ”.