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Redacción
Lunes, 9 abril 2018
Nanotecnología

Proponen un nanodispositivo termoeléctrico basado en los fermiones de Majorana

En marzo de 1938, el joven físico Ettore Majorana desapareció misteriosamente, en lo que constituyó un caso que sacudió a la comunidad científica italiana. Ese episodio –que en 1975 se convirtió en un libro intitulado La desaparición de Majorana, de Leonardo Sciascia, y que permanece hasta ahora sin explicación– ocurrió al año siguiente del principal aporte de Majorana a la ciencia.

 

En 1937, con tan sólo 30 años, Majorana –a quien su supervisor Enrico Fermi comparó en genialidad con Isaac Newton– postuló la hipótesis de una partícula cuya antipartícula sería ella misma. Y sugirió que el neutrino, entonces recién postulado por Fermi y Wolfgang Pauli, podría ser esa partícula.

 

 

Ocho décadas después, los llamados fermiones de Majorana, o sencillamente majoranas, están entre los objetos más estudiados de la Física. Aparte de los neutrinos –cuya naturaleza, como majoranas o no, es uno de los objetos del megaexperimento Dune– otra clase –no de partículas fundamentales sino de cuasipartículas o partículas aparentes– ha sido investigada en el dominio de la materia condensada. Esas cuasipartículas de majoranas pueden emerger como excitaciones en superconductores topológicos.

 

Un nuevo estudio en el área, llevado a cabo por el doctorando Luciano Henrique Siliano Ricco –con beca de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP)–, su director de tesis, Antonio Carlos Ferreira Seridonio, y asociados, tuvo lugar en el campus de Ilha Solteira de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en Brasil. Y el mismo fue objeto de un artículo publicado en Scientific Reports.

 

“Propusimos teóricamente un dispositivo que actúa como sintonizador termoeléctrico, esto es, como un sintonizador de calor y carga asistido por fermiones de Majorana”, declaró Ferreira Seridonio.

 

El dispositivo referido está constituido por un punto cuántico (quantum dot o QD, en la figura que aparece debajo representado por el símbolo ε1), es decir, por un átomo artificial situado en ese caso entre dos contactos metálicos a temperaturas distintas.

 

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Proponen un nanodispositivo termoeléctrico basado en los fermiones de Majorana. (Foto: Agencia Fapesp)

 

La diferencia de temperatura resulta fundamental para que pueda concretarse la conducción de energía térmica a través del punto cuántico. Un cable superconductor casi unidimensional, el llamado cable o hilo de Kitaev –en homenaje a quien lo postuló, el físico ruso Alexei Kitaev, actualmente docente del California Institute of Technology (Caltech), en Estados Unidos–, va conectado al átomo artificial.

 

El cable de Kitaev, que en el presente trabajo posee la forma de un anillo o de una “U”, hospeda a dos majoranas (η1 y η2) en sus extremos. Dichos majoranas emergen como excitaciones caracterizadas por modos de energía cero.

 

“Cuando el punto cuántico está acoplado únicamente a uno de los lados del hilo, el sistema pasa a tener un comportamiento resonante con relación a la conductancia eléctrica y térmica. Es decir, pasa a comportarse como un filtro termoeléctrico”, dijo Ferreria Seridonio.

 

“Es importante remarcar que este comportamiento de filtro de energía térmica y de energía eléctrica ocurre cuando los dos majoranas se ven a través del cable, pero sólo uno de ellos ve el punto cuántico en la conexión”, añadió.

 

Otra posibilidad que estudiaron los científicos consiste en hacer que el punto cuántico vea a ambos majoranas al mismo tiempo conectando ambas puntas del hilo de Kitaev al átomo artificial.

 

“Al hacer que el QD vea más más η1 o más η2, es decir, al variar la asimetría del sistema, es posible utilizar el átomo artificial como un sintonizador, con la energía térmica o eléctrica que transita por éste desviándose hacia el rojo [redshift] o hacia el azul [blueshift]”, dijo Ferreira Seridonio.

 

Según el investigador, se espera que este trabajo teórico pueda contribuir al desarrollo de dispositivos termoeléctricos basados en los fermiones de Majorana. (Fuente: AGÊNCIA FAPESP/DICYT)

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