网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

突破对称性限制,解锁马约拉纳费米子的奇异世界

0
分享至

探索和利用拓扑物态奇异性质的努力已经吸引了物理学家数十年。在这些相中预测出现的最引人入胜的准粒子之一是马约拉纳费米子——一种与其自身反粒子相同的粒子,服从非阿贝尔交换统计,并为容错量子计算带来了巨大的希望。虽然最初的重点往往集中在它们局域缺陷或界面处的零能模式上,但更深入地理解它们与电磁场的相互作用对于基础物理学和潜在应用都至关重要。

最近发表在《物理评论 B》上的一篇题为“马约拉纳多极响应与磁性点群对称性”的论文,通过研究在磁性点群对称性约束下马约拉纳费米子的各向异性电磁响应(称为马约拉纳多极响应)来阐明这一关键方面。这篇论文揭示了潜在响应的丰富景象,为它们的探测和表征提供了新的途径,并进一步巩固了基本对称性与涌现准粒子行为之间的联系。

基本概念

要理解这项工作的意义,首先必须了解相关的关键概念。马约拉纳费米子,与它们的狄拉克对应物不同,是狄拉克方程的实数解。这种自共轭性质导致了独特的性质,最显著的是它们潜在的非阿贝尔编织统计,这是拓扑量子计算的基础。这些难以捉摸的粒子被预测为拓扑超导体中的准粒子激发而出现,拓扑超导体是一类表现出超导行为并具有非平凡拓扑能带结构的材料。这些拓扑超导体可以在其边界或涡旋中容纳马约拉纳零模,这一直是许多研究的主要焦点。

然而,马约拉纳费米子与电磁场的相互作用不仅限于这些局域化的零模。当马约拉纳费米子由于时间反演和晶体对称性的存在而退化时,它们可以表现出各向异性的电磁响应,统称为马约拉纳多极响应。这些响应类似于熟悉的电荷和自旋分布的电和磁多极矩,但它们源于马约拉纳费米子的独特性质和底层的拓扑超导态。理解这些响应对于开发探测和表征马约拉纳费米子的实验方法至关重要,并且可能用于量子信息处理。

研究人员深入研究了这些马约拉纳多极响应与宿主材料的基本对称性之间的复杂关系,特别关注磁性点群对称性。点群描述了晶格的几何对称性,例如旋转、反射和反演。磁性点群通过将时间反演对称性作为额外的对称操作来扩展这一概念。这对于超导体尤其重要,因为超导态本身可以破坏时间反演对称性。材料的磁性点群决定了允许的物理性质和响应,对构成粒子的行为起着强大的约束作用。

研究内容

该论文的作者仔细分析了不同的磁性点群对称性如何影响拓扑超导体中可能出现的马约拉纳多极响应。他们的工作表明,允许的多极响应的类型和阶数直接与磁性点群中存在的特定对称操作相关联。这为理解各种材料环境中马约拉纳费米子的电磁行为提供了一个系统的框架。

论文强调的一个关键发现是时间反演对称系统中马约拉纳多极响应与库珀对对称性之间的联系。在传统超导体中,库珀对通常由自旋相反的电子形成,导致s波配对对称性。然而,拓扑超导体可以表现出更奇特的配对对称性,例如p波或d波。该论文表明,马约拉纳多极响应的性质与底层的库珀对对称性密切相关。这为通过探测表面自旋敏感的电磁响应来实验识别拓扑超导体的配对对称性提供了一种有价值的工具。

此外,论文还基于马约拉纳费米子在晶体对称性下的行为引入了一种分类方案。这种分类区分了不同类型的马约拉纳费米子及其相应的多极响应。值得注意的是,作者发现某些类型的马约拉纳费米子(标记为b型)在晶体对称性下,其多极响应与配对对称性之间保持着一一对应的关系。这为从宏观测量中直接推断微观配对机制提供了一条途径。

该论文最引人入胜的发现之一或许是关于在时间反演对称性破缺的系统中,另一种类型的马约拉纳费米子(标记为a型)的行为。在这些情况下,作者揭示了a型马约拉纳费米子可以表现出时间反演偶次的高阶多极响应,而这对于传统的自旋费米子来说是被禁止的。这是马约拉纳费米子独特性质和时间反演对称性破缺的一个显著标志。观察到这种高阶多极响应将为马约拉纳费米子的存在和时间反演对称性破缺的拓扑超导态的存在提供令人信服的证据。

意义

这项工作的意义是深远的。从基础物理学的角度来看,它加深了我们对凝聚态系统中对称性、拓扑和涌现准粒子之间复杂相互作用的理解。通过建立磁性点群对称性与马约拉纳多极响应之间的清晰联系,该论文为预测和解释实验观察结果提供了一个理论框架。

在实验方面,这项研究为探测和表征马约拉纳费米子开辟了新的途径。预测的各向异性电磁响应,特别是时间反演对称性破缺系统中的高阶多极矩,提供了独特的特征,可以通过表面自旋敏感技术进行探测。这些技术,例如自旋极化扫描隧道显微镜或角分辨光电子能谱,可以用来绘制马约拉纳多极响应的空间分布和能量依赖性,从而提供关于底层拓扑超导态和马约拉纳费米子本身性质的关键信息。

此外,将马约拉纳多极响应与库珀对对称性联系起来的能力对于正在进行的寻找容纳拓扑超导性的材料具有重要意义。通过仔细分析候选材料的表面电磁响应,研究人员或许能够识别配对对称性,并确定该材料是否支持拓扑超导性和马约拉纳费米子。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
u23国足赢了越南队,就能第二次闯入奥运会足球决赛圈了

u23国足赢了越南队,就能第二次闯入奥运会足球决赛圈了

足球分析员
2026-01-19 11:05:03
库佐夫列夫上将还活着,库皮扬斯克交换比27:1!传奇的乌军老奶奶

库佐夫列夫上将还活着,库皮扬斯克交换比27:1!传奇的乌军老奶奶

鹰眼Defence
2026-01-18 16:50:14
吴磊大瓜女主角再发文!信息量大曝两人同居细节,海量生活照流出

吴磊大瓜女主角再发文!信息量大曝两人同居细节,海量生活照流出

娱乐圈圈圆
2026-01-19 14:54:02
引发全球抗议!国际奥委会拒绝禁止美国参加冬奥会 仍禁赛俄罗斯

引发全球抗议!国际奥委会拒绝禁止美国参加冬奥会 仍禁赛俄罗斯

风过乡
2026-01-19 17:13:12
特朗普突然发声:现在是时候行动了,“解决俄罗斯对格陵兰岛威胁”时机已到

特朗普突然发声:现在是时候行动了,“解决俄罗斯对格陵兰岛威胁”时机已到

鲁中晨报
2026-01-19 13:31:02
澳洲杨兰兰是谁?五层“身份套娃”揭秘:她或许根本就不存在

澳洲杨兰兰是谁?五层“身份套娃”揭秘:她或许根本就不存在

麦大人
2025-08-18 18:02:38
日产天籁价格又降了!网友:这个优惠真的拒绝不了

日产天籁价格又降了!网友:这个优惠真的拒绝不了

汽车网评
2026-01-19 19:40:34
贾国龙再发声:西贝冷冻西蓝花比市面普通市价高80%-120%

贾国龙再发声:西贝冷冻西蓝花比市面普通市价高80%-120%

21世纪经济报道
2026-01-18 21:56:13
美专家:中国人不可怕,可怕的是他们买光刻机却不是用来生产芯片

美专家:中国人不可怕,可怕的是他们买光刻机却不是用来生产芯片

肖兹探秘说
2026-01-14 20:41:32
好看的打扮不管在哪,都很吸引人

好看的打扮不管在哪,都很吸引人

美女穿搭分享
2026-01-01 11:01:35
猪油再次被关注!调查发现:高血压患者常吃猪油,或出现4种变化

猪油再次被关注!调查发现:高血压患者常吃猪油,或出现4种变化

蜉蝣说
2026-01-19 11:40:12
手戴1000多万名表,坐拥3.6亿私人飞机,“沪上皇”秦奋啥来头?

手戴1000多万名表,坐拥3.6亿私人飞机,“沪上皇”秦奋啥来头?

小熊侃史
2026-01-12 07:40:07
教育孩子最好的方式:就是八卦式教育,孩子也爱听小秘密!

教育孩子最好的方式:就是八卦式教育,孩子也爱听小秘密!

另子维爱读史
2026-01-19 20:07:53
还是得认命!75岁意外摔倒、分不清人的刘晓庆,终要败在年龄上了

还是得认命!75岁意外摔倒、分不清人的刘晓庆,终要败在年龄上了

甜柠聊史
2025-12-03 15:14:30
朝阳又关一家!北京仅剩7家!

朝阳又关一家!北京仅剩7家!

朝阳通
2026-01-19 18:02:21
包钢工厂爆炸新进展:公司底裤被扒 出事不是第一次 负责人被带走

包钢工厂爆炸新进展:公司底裤被扒 出事不是第一次 负责人被带走

鋭娱之乐
2026-01-19 19:20:27
59岁产妇生子遭群嘲,内情曝光后,网友集体道歉,反转来得太快

59岁产妇生子遭群嘲,内情曝光后,网友集体道歉,反转来得太快

鋭娱之乐
2026-01-19 08:43:52
美媒爆料:特朗普私下“密集谈论”加拿大

美媒爆料:特朗普私下“密集谈论”加拿大

环球时报国际
2026-01-19 23:00:55
聂卫平家中装修上档次,妻子短发很美孙子颜值高,女儿戴18万表!

聂卫平家中装修上档次,妻子短发很美孙子颜值高,女儿戴18万表!

古希腊掌管松饼的神
2026-01-19 17:56:31
CCTV5直播,上海久事VS北京首钢,古德温PK杰曼,大白边VS马帝昂

CCTV5直播,上海久事VS北京首钢,古德温PK杰曼,大白边VS马帝昂

体坛小快灵
2026-01-19 15:05:13
2026-01-19 23:47:00
万象经验 incentive-icons
万象经验
专注科普
1268文章数 775关注度
往期回顾 全部

科技要闻

这一仗必须赢!马斯克死磕芯片"9个月一更"

头条要闻

除吴孟达、梁小龙外 十多位周星驰电影中的配角已离世

头条要闻

除吴孟达、梁小龙外 十多位周星驰电影中的配角已离世

体育要闻

错失英超冠军奖牌,他却在德甲成为传奇

娱乐要闻

吴磊起诉白珊珊诽谤,白珊珊称被盗号

财经要闻

公章争夺 家族反目 双星为何从顶端跌落?

汽车要闻

徐军:冲击百万销量,零跑一直很清醒

态度原创

时尚
教育
健康
房产
手机

女人过了40岁真该看看这些穿搭,不老气、不单薄,简单又耐看

教育要闻

2026成都最新转学政策来了,家长们请注意

血常规3项异常,是身体警报!

房产要闻

中旅・三亚蓝湾发布会揭秘自贸港好房子高阶形态

手机要闻

REDMI官宣Turbo 5 Max续航耐力赛,升级9000mAh电池

无障碍浏览 进入关怀版