Onderzoekers hebben laten zien hoe de principes van de algemene relativiteitstheorie de deur openen naar nieuwe elektronische toepassingen zoals een driedimensionale elektronenlens en elektronische onzichtbaarheidsapparatuur. In een nieuwe studie gefinancierd door de Academie van Finland, Aalto University-onderzoekers Alex Westström en Teemu Ojanen stellen een methode voor om verder te gaan dan de speciale relativiteitstheorie en Einsteins algemene relativiteitstheorie te simuleren in inhomogene Weyl-halfmetalen. De theorie van Weyl-metamaterialen combineert ideeën uit de vastestoffysica, deeltjesfysica en kosmologie en wijst een manier aan om metalen designmaterialen te fabriceren waarbij ladingsdragers als deeltjes in gekromde ruimte-tijd bewegen.

De onderzoekers stellen Weyl-metamaterialen voor, een generalisatie van Weyl-halfmetalen, die nieuwe soorten elektronische apparaten mogelijk maken door middel van geometrie-engineering.

"De systemen die we hebben geïntroduceerd, bieden een route om de ladingsdragers te laten bewegen alsof ze in een gebogen geometrie leven, het verstrekken van een tafelmodel laboratorium voor het simuleren van gekromde ruimte kwantumfysica en bepaalde kosmologische verschijnselen, " legt Alex Westström uit.

Weyl-halfmetalen zijn een voorbeeld van recent ontdekte kwantummaterialen die veel aandacht hebben gekregen. Ladingsdragers in deze materialen gedragen zich alsof het massaloze deeltjes zijn die met de lichtsnelheid bewegen.

"We ontdekten dat Weyl-metamaterialen kunnen dienen als platform voor exotische elektronische apparaten zoals de 3D-elektronenlens, waar de banen van ladingsdragers zijn gefocust zoals lichtstralen in een optische lens, ' zegt Teemu Ojanen.

De elektrische geleiding in Weyl-halfmetalen weerspiegelt de fysica van Einsteins speciale relativiteitstheorie. Hoe dan ook, speciale relativiteit veronderstelt ook een afwezigheid van zwaartekracht, die Einstein formuleerde als een geometrie van ruimte-tijd.

De theorie van Weyl-metamaterialen maakt ook de weg vrij voor fundamenteel nieuwe elektronische toepassingen, bijvoorbeeld, de ontwikkeling van elektronische onzichtbaarheidsapparatuur. Het kernidee achter de mogelijke toepassingen is een kunstmatig gecreëerde gebogen geometrie, die de beweging van ladingsdragers op een gecontroleerde manier buigt.

"In de optica, het is al eeuwen bekend dat licht altijd de snelste baan kiest. In gebogen geometrie, het snelste pad ziet er niet uit als een rechte lijn voor degenen die van buitenaf kijken. De functionaliteit van optische onzichtbaarheidsapparaten, waar de lichtstralen een verborgen object omzeilen, is in feite gebaseerd op de toepassing van de geometrie van de gekromde ruimte. Het zou een doorbraak zijn in fundamenteel onderzoek om een ​​vergelijkbare functionaliteit in elektronische systemen te realiseren, ’, vult Ojanen aan.