發現歷程
馬約拉納費米子獲取過程荷蘭代爾夫特理工大學的科學家李·考文霍夫在美國物理學會於2012年2月29日舉辦的年度大會上發表演講時表示，他們或許已製造出了神秘莫測的馬約拉納費米子，這一粒子有望在量子計算中用來形成穩定的比特。如果研究結果獲得證實，那將是物理學領域的重大突破。
量子粒子分為兩大類：費米子（如電子、質子）和玻色子（如光子、介子）。玻色子可以成為其自身的反粒子，而費米子擁有與自身完全不同的反粒子。但1937年，義大利物理學家埃托雷·馬約拉納對英國物理學家保羅·狄拉克用於描述費米子和玻色子行為的方程式進行了改寫，並預測自然界中可能存在一種費米子是自己的反粒子，人們將其稱為馬約拉納費米子，認為其在量子計算中可用來形成穩定的比特。
幾十年來，粒子物理學家們一直在尋找馬約拉納費米子。2008年後，凝聚態物理學家們開始思考一些新方法，讓馬約拉納費米子能從固體物質內電子的集體行為中形成，尤其是在固體物質同超導體或一維電線相互接觸的表面形成。今年1月9日，《自然》雜誌網站還撰文指出，物理學家們將在2012年發現馬約拉納費米子。
現在，考文霍夫團隊宣稱，他們或許已製造出了馬約拉納費米子。在他們設計的裝置中，銻化銦納米線同一條電路相連，該電路一端有一個黃金觸點而另一端有一塊超導體薄片，接著，科學家們將這套設備暴露到一個中等強度的磁場內。隨後，他們測量了納米線的導電率，結果表明，在電壓為零時，導電率出現了一個峰值，這同一對馬約拉納費米子形成相吻合，在銻化銦納米線同超導體薄片接觸區域的兩端各有一個馬約拉納費米子。為了確保結果可靠，該研究團隊改變了磁場的方位並檢查峰值的到來和離開，與馬約拉納費米子出現預計的情況一樣。
儘管已有其他團隊報告過馬約拉納費米子在固體物質中“現身”的間接證據，但哈佛大學的物理學家傑·叟聽了考文霍夫的演講後表示，這是一個直接的測量，“我認為這是迄今最富成效的實驗，很難認為這不是馬約拉納費米子。”不過，考文霍夫製造出的這些粒子是否足夠“長壽”用來做量子比特還有待研究。
如果最新研究結果經得起檢驗，它將不僅率先製造出馬約拉納費米子，更是固體物理學領域的重大進步。人們認為，至今還沒有被直接觀測到的中性微子可能組成了宇宙中大多數甚至全部的暗物質，其可能是一種馬約拉納費米子。
理論
這一概念由埃托雷·馬約拉納於1937年提出，他對狄拉克方程式改寫得到了馬約拉納方程式，可以描述中性自鏇1/2粒子，因而滿足這一方程的粒子為自身的反粒子。馬約拉納費米子與狄拉克費米子之間的區別可以用二次量子化的產生及湮沒算符表示。產生算符γj產生量子態為j的費米子，湮沒算符γj則將其湮沒（或者說產生相應的反粒子）。狄拉克費米子的γj與γj不同，而馬約拉納費米子中兩者相同。
基本粒子
基本粒子中尚無已知的馬約拉納費米子。不過現在對於中微子的本質仍缺乏了解，它有可能是馬約拉納費米子或狄拉克費米子。如果中微子確為馬約拉納費米子，那便可能出現雙重β衰變，目前已有實驗在尋找這類衰變的蹤跡。超對稱模型中假想的超中性子（neutralino）為馬約拉納費米子。
準粒子
在超導材料中馬約拉納費米子可作為準粒子產生。超導體在準粒子激發時出現電子-空穴對稱，能量E的產生算符為γ(E)，能量-E的湮沒算符為γ(-E)。當費米能級E=0時γ=γ†，故激發的是馬約拉納費米子。由於費米能級位於超導能隙中，因而出現中間能隙態（midgapstate）。中間能隙態可能出現於某些超導體或超流體的量子渦鏇中，馬約拉納費米子便可能位於其中。此外，超導線或線缺陷端點處的肖克利態（Shockleystate）也可能出現馬約拉納費米子。另外還可以用分數量子霍爾效應（fractionalquantumHalleffect）替代超導體。由於超導體中的馬約拉納費米子滿足非阿貝爾（non-Abelian）統計規律，使得拓撲量子計算機成為可能。
超導實驗
許多科學家都試圖通過實驗在超導體中尋找馬約拉納費米子，2012年科學家發現了馬約拉納費米子存在的首個證據。來自荷蘭代爾夫特理工大學科維理納米科學研究所（KavliInstituteofNanoscience）的一個研究小組進行了相關實驗，他們將銻化銦納米線與一條電路相連，一端為黃金觸點，另一端為超導體薄片。設備暴露於中等強度的磁場中，當電壓為0時導電率出現峰值，這與馬約拉納費米子對的形成相吻合，納米線時與超導體接觸的兩端各有一個馬約拉納費米子。。幾乎與此同時，由瑞典隆德大學固體物理實驗室以及美國普渡大學也各自獨立地在基於鈮和銻化銦約瑟夫森結結構中觀察到馬約拉納費米子所引起的超導電流。隆德大學的研究工作表明，在零磁場下，約瑟夫森結在有庫倫阻塞的情況下會被限制在一個很小的值，但是當超過一定的磁場閾值的時，銻化銦納米線由普通相轉變成拓撲相，超導電流會有一個很大的突然的增強，且幅度具有量子化特徵。普渡大學的研究組則採用SQUIDS結構，在有限磁場下觀察到交流分數約瑟夫森效應。這三個獨立的實驗分別指出了在超導-半導體體系中(1)存在零能態(2)零能態電導具有量子化特徵(3)具有分數約瑟夫森效應，與理論預期吻合的非常好。
代爾夫特理工大學研究團隊的實驗可能已證實了兩個理論團隊於2010年獨立給出的理論預言在半導線顯現出的馬約拉納束縛態。但是，有些物理學者認為，其它現象也可導致同樣的實驗結果，必須找到更令人信服的證據，例如，必須證實新發現的準粒子不遵守費米子與玻色子各自所遵守的定律。
探測
2014年，馬約拉納束縛態第一次被觀察到，使用低溫掃描隧道顯微鏡，普林斯頓大學研究團隊成功完成這任務。馬約拉納束縛態顯現於在超導鉛元素板表面的一條鐵元素長鏈的兩端。未參與這項實驗的加州理工學院物理學者傑森·阿理夏（JasonAlicea）評論，這項實驗給出馬約拉納費米子存在的“令人信服”的證據，但是“我們應該注意到還有其他可能的解釋——即使暫時還沒有這樣的理論”。
2008年，張首晟理論就預言了量子反常霍爾效應，這一預言在2013年被清華大學教授薛其坤領銜的清華大學物理系和中科院物理研究所聯合組成的實驗團隊證實。在實驗中，隨著調節外
磁場，反常量子霍爾效應薄膜呈現出量子平台，對應著1、0、-1倍基本電阻單位e2/h。也就是說，量子世界裡的電阻是量子化的，它只能整數倍地跳台階。
這給了張首晟一個靈感：馬約拉那費米子是通常粒子的一半，既然通常的粒子按整數跳，馬約拉那費米子或許就是按半整數跳——它一定會呈現出一個奇特的、“1/2的台階”。由此，他預言手性馬約拉那費米子存在於一種由量子反常霍爾效應薄膜和普通超導體薄膜組成的混合器件中。當把普通超導體置於反常量子霍爾效應薄膜之上時，臨近效應使之能夠實現手性馬約拉那費米子，相應的實驗中會多出全新的量子平台，對應1/2倍基本電阻單位e2/h。
張首晟團隊提出的搜尋馬約拉那費米子的實驗平台：由量子反常霍爾效應薄膜和普通超導體薄膜組成的混合器件。
在後續的實驗驗證中，激動人心的成果出現了：王康隆等實驗團隊確實看到了“1/2的台階”。這半個基本電阻來源於馬約拉那費米子作為半個傳統粒子的特殊性質，因此，多出來的半整數量子平台為手性馬約拉那費米子的存在提供了有力的印證。
王康隆實驗團隊等在與張首晟理論團隊合作下所測量到的與理論預測符合的半量子電導平台，這為馬約拉那費米子的發現提供了直接而有力的實驗證據。
