DİNLE

Majorana fermiyonları ve topolojik kuantum hesaplama

Majorana parçacıkları, maddenin yeni bir fazında (halinde) ortaya çıkıyor. Biz, çalışmalarımızda malzemedeki düzensizliklerin oluşturduğu yeni bir Majorana fazının varlığını gösterdik ve bu fazın kimi özelliklerini inceledik.

Maddenin pek çok hali var. Çevremizde en çok gördüklerimiz, katı, sıvı ve gaz halleri. Bu katı, sıvı ya da gaz halleri, bildiğimiz ve hissettiğimiz fiziksel özelliklerinin değişik olması ile ayrışıyorlar. Maddenin yeni bir halinin bulunması ile ilgili, günlük hayattan kurmaca bir örnek verirsek; düşünün ki etrafımızda sadece katılar ve sıvılar var ama daha kimsenin gaz diye bir şeyden haberi yok. Bir anda su buharını keşfediyorsunuz. Bu keşfettiğiniz madde, daha önce bilmiş olduğunuz hallerden ne katı gibi ne de sıvı gibi davranıyor.

Bizim bulduğumuz faz ise bir elektronun iki alt parçacığa ayrılması özelliği ile öne çıkıyor. Bazen Majorana kuantum-hali olarak da adlandırılan bu alt parçacıklar, yük, enerji ya da spin gibi bilinen maddenin yapıtaşları tarafından taşınan özellikleri taşımıyorlar. Bu parçacıklar, ilk defa Ettore Majorana adlı bilim adamı tarafından 1937 yılında teorik olarak öngörüldüğünden beri birçok araştırmanın konusu oldular. Son birkaç yılda bu parçacıkların gözlemlenmesi ile ilgili önemli gelişmeler elde edildi. Eğer bu kadar “niteliksiz” parçacıklar ne taşır diye sorarsanız, yanıtı kuantum-bilgi taşıdıkları olur. Üstelik “niteliksiz” olduklarından bu bilgiyi dış dünyadan koruyorlar. Kuantum bilgisayarlarının en önemli sorunlardan biri, kuantum-bilginin çok narin olması ve hemen kaybolmasıdır. Bu yüzden topolojik faz olarak da adlandırılan bu fazlar, kuantum bilgisayarları ve kuantum hafızaları için adeta biçilmiş kaftan!

Ayrıntılara girersek, bizim bulduğumuz faz ilk defa topolojik bir fazın bir nanoteli kirletme sonucu da ortaya çıkabileceğini de gösterdi. Günümüzdeki standart yarı-iletken üretim teknikleri ile tamamen temiz nano-teller üretmek çok zor ve pahalı olduğundan bulduğumuz topolojik halin teknolojik bir önemi de var. Eğer kurmaca katı-sıvı-gaz örneğine geri dönersek; suyun buharlaştığı bilinmezken buhar (daha doğrusu gaz) makinesi üzerinde çalışanlar olduğunu düşünün. (Kirli) Su gibi kolay bulunan ve diğer uygun özellikleri olan bir maddenin gaz halini bulmak hem temel açıdan ilginç hem de teknoloji açısından önemli olurdu.

Halen değişik malzemelerde ve yüksek boyutlarda Majorana hallerini araştırmaya devam ediyoruz.

Yayınlar

  • Supersymmetry in the Majorana Cooper-pair box J. Ulrich, ˙I. Adagideli, D. Schuricht, and F. Hassler Physical Review B 90, 075408, (2014)
  • Effects of electron scattering on the topological properties of nanowires: Majorana fermions from disorder and superlatticesI. Adagideli, M. Wimmer and A. Teker Physical Review B 89, 144506, (2014)
  • Reentrant topological phase transitions in a disordered spinless superconducting wire M.T. Rieder, P.W. Brouwer, I. Adagideli Physical Review B 88, 060509 (2013)
  • Suppression of 2π phase slip due to hidden zero modes in one-dimensional topological supercon-ductors D. Pekker, C.-Y. Hou, D. L. Bergman, S. Goldberg, I. Adagideli, and F. Hassler Physical Review B 87, 064506 (2013)
Dinle