マヨラナフェルミ粒子は二テルル化ウランから発見されました。無料のテクニカルライブラリニュース

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二テルル化ウランで見つかったマヨラナフェルミオン

04.04.2020

イリノイ大学アーバナシャンペーン校の物理学者は、高解像度の顕微鏡技術を使用して、新しい超伝導体である二テルル化ウラン UTe2 の内部構造を調べました。測定結果は、この物質にエキゾチックな準粒子 - マヨラナフェルミオン - が存在することを示しました。

このようなフェルミ粒子は、1937 年にイタリアの物理学者 Ettore Majorana によって理論的に予測され、それ以来、物理学者はその存在を実験的に証明しようとしてきました。科学者たちは、キラルな型破りな超伝導体と呼ばれる特別な種類の物質がそのような粒子を持つ可能性があると信じています。そのような有望な材料の XNUMX つはテルル化ウランです。

通常の超伝導体の内部では、電子はペアを形成し、結晶格子サイトと衝突してエネルギーを失うことなく、材料を通過することができます。超伝導のこの一般的な形態では、磁場は結果として生じたクーパー電子対を分解し、材料を通常の状態に戻すことができます。

しかし最近、研究者たちは、二テルル化ウランが従来の材料理論に従うものとは異なることを示しました。昨年、物理学者は、この化合物が最大 65 テスラの磁場の存在下でも超伝導体のままであることを示しました。これは、冷蔵庫の磁石の XNUMX 万倍の強さです。この挙動と他の測定値を組み合わせることで、新しい論文の著者は、二テルル化ウランの電子が通常とは異なる方法でペアになり、磁場によって破壊されないようになっていると推測しました。この特性を持つ超伝導体は表面にマヨラナフェルミオンを持つ可能性が非常に高いため、ペアリングは重要です。

科学者たちは、この理論を支持するいくつかの新しい議論を発見しました。彼らは、走査型トンネル顕微鏡を使用しました。これは、材料の表面を原子レベルまでイメージングし、電子に何が起こるかを見ることができるデバイスです。そのような物質の表面には、とらえどころのない準粒子が検出される可能性が最も高い、一種の「ステップ」、つまり隆起を見つけることができます。研究者は、これらのステージのいくつかが異なる角度から撮影された場合、波形が異なり、鏡像のように互いに関連していることを発見しました。

この異常は、同じ方向に循環するマヨラナフェルミオンの存在によって説明できます。科学者の次のステップは、材料が時間反転対称性を破っていることを確認する測定を行うことです。これは、時間の矢が理論的に逆になった場合、粒子は異なる動きをしなければならないことを意味します。これが確認された場合、二テルル化ウランは、超流動ヘリウム-3 を除いて、キラルな非従来型超伝導体であることが証明されている唯一の材料になります。

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