Theoretische natuurkundigen hebben ontdekt dat Weyl-fermionen paradoxaal gedrag vertonen in tegenstelling tot een 30 jaar oude fundamentele theorie van elektromagnetisme. De ontdekking heeft mogelijke toepassingen in spintronica. De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Natuurkundigen verdelen de wereld van elementaire deeltjes in twee groepen. Aan de ene kant zijn krachtdragende bosonen, en aan de andere kant zijn er zogenaamde fermionen. De laatste groep komt in drie verschillende smaken. Dirac-fermionen zijn de meest bekende, alle materie omvat. Natuurkundigen hebben onlangs Majorana-fermionen ontdekt, die de basis zouden kunnen vormen van toekomstige kwantumcomputers. als laatste, Weyl-fermionen vertonen vreemd gedrag in, bijvoorbeeld, elektromagneten, wat de interesse heeft gewekt van de theoretische natuurkundegroep van prof.dr. Carlo Beenakker.

Elektromagneten

Conventionele elektromagneten werken op het samenspel tussen elektrische stromen en magnetische velden. Binnen een dynamo, een roterende magneet wekt elektriciteit op, en vice versa:het verplaatsen van elektrische ladingen in een draad die om een ​​metalen staaf is gewikkeld, zal een magnetisch veld opwekken. Paradoxaal genoeg, een elektrische stroom die in dezelfde richting in de staaf wordt geproduceerd, zou er een magnetisch veld omheen produceren, op zijn beurt een stroom opwekken in de tegenovergestelde richting, en het hele systeem zou instorten.

Gek genoeg, Beenakker en zijn groep hebben gevallen gevonden waarin dit ook echt gebeurt. Naar aanleiding van een idee van medewerker Prof. İnanç Adagideli (Sabanci University), doctoraat student Thomas O'Brien bouwde een computersimulatie die aantoont dat materialen die Weyl-fermionen bevatten dit vreemde gedrag vertonen. Dit is al eerder waargenomen, maar alleen op kunstmatig korte termijnen, toen het systeem geen tijd kreeg om de anomalie te corrigeren. De samenwerking tussen Leiden en Sabanci toonde aan dat in bijzondere omstandigheden - bij temperaturen rond het absolute nulpunt wanneer materialen supergeleidend worden - het vreemde scenario zich eindeloos voordoet.

Tot nu, natuurkundigen achtten dit onmogelijk vanwege onderliggende symmetrieën in de gebruikte modellen. Dat geeft de ontdekking fundamentele betekenis. "We bestuderen Weyl-fermionen voornamelijk vanuit een fundamenteel belang, "zegt O'Brien. "Toch, dit onderzoek geeft meer vrijheid in het gebruik van magnetisme en materialen. Misschien zal de extra flexibiliteit in een Weyl-halfmetaal van pas komen bij toekomstig elektronica-ontwerp."