Jelena Klinovaja

Insener-tehnilised topoloogilised faasid ja ergastused interakteeruvates nanostruktuurides

Viimasel kümnendil on kiiresti kasvanud huvi ühe- ja kahemõõtmeliste kvantolekute vastu, mida iseloomustab mittetriviaalne palmikute statistika, eeskätt 0-energiale vastavad seotud olekud. Suur arv seadmeid, mis võivad säilitada Majorana fermione, osakesi, mis on samal ajal iseenda antiosakesed, on võimaldanud teha palju uusi katseid. Need eksootilised osakesed on mittekommutatiivsed anyonid, mis alluvad Isingi tüüpi palmik-statistikale, see võimaldab kasutada mõningaid, kuid mitte kõiki universaalseid kvantporte. Parafermionid, mida iseloomustab palmikute võimsam statistika, võivad suurendada portide klasside arvu. Parafermionide tekitamiseks on vajalik tagada nii teoreetiline kui ka eksperimentaalne kontroll tugevalt interakteeruvate süsteemide üle. Käesoleva projekti peamine eesmärk oli täiustada teooriat, pakkudes välja nii uudseid meetodeid murdarvuliste topoloogiliste ergastuste genereerimiseks kõige teostatavamates eksperimentaalsetes seadmetes kui ka parandada meie arusaamist juba tuntud efektidest, uurides neid murdarvulistes režiimides.

Tulemused

Uuring algas murdarvuliste topoloogiliste faaside uurimisega tugevate elektroni-elektroni-vastastiktoimete tingimustes. Uurimisrühm pakkus häälestusvaba skeemi Majorana seotud olekute Krameri paaride tekitamiseks hiljuti avastatud kõrgema järgu topoloogilistes isolaatorites ja näitas, et selline topoloogiline ülijuhtivus on stabiliseeritud mõõdukate elektroni-elektroni-vastastiktoimete tingimustes. Uuring jätkus tugevate elektroni-elektroni-vastastiktoimete tingimustes, et genereerida murdarvulisi topoloogilisi faase. Leitud topoloogilised faasid on stabiilsed nii häirituste kui ka parameetrite variatsioonide suhtes ning on eksperimentaalselt realiseeritavad. Vaegsummutusega elektrivoolul põhineva Josephsoni siirde analüüsist tulenes järgmine ettepanek: kui süsteem on lõpliku pikkusega, siis toimub üleminek mittejuhtivast olekust juhtivasse olekusse eksponentsiaalselt suurema eelvoolu väärtusel, põhjuseks on erineva paarsusega olekute hübridiseerumine, mis on tingitud siirdes lokaliseeruvate ja siiret moodustavate topoloogiliste nanotraatide servadel olevate MBS-ide kattumine.

Mõju

Lisaks oma praktilistele rakendustele topoloogilistes kvantarvutites on parafermionide genereerimisel suur mõju fundamentaalsele füüsikale, sest need osakesed võivad olla astmelaud üleminekuks veelgi eksootilisematele faasidele juhul, kui toimub nende kondenseerumine vedelikuks. Meie kolmemõõtmelises maailmas ei ole selliste omadustega kvaasiosakesi, nagu seda on anyonid (mis ei ole ei fermionid ega bosonid) ja mis alluvad mittekommutatiivsele palmik-statistikale. Neid peeti pikka aega puhtalt akadeemilisteks konstruktsioonideks, mille on tegelikkusega väga vähe ühist. Seoses teoreetiliste teadmiste kasvu ja täiustatud eksperimentaalsete meetodite kasutuselevõtuga oleme jõudnud lähemale hetkele, kus me loodame selliseid eksootilisi kvaasiosakesi registreerida eksperimentaalselt. Selle projekti üks põhieesmärke ongi selle hetkeni jõudmine juba lähitulevikus konkreetsete ja realiseeritavate skeemide abil.