Natuurkundigen van de West Virginia University hebben een manier ontdekt om een ​​nieuw ontdekt kwantumdeeltje te controleren, mogelijk leidend tot snellere computers en andere elektronische apparaten.

Weyl-fermionen, massaloze quasideeltjes waarvan het bestaan ​​in 1930 werd voorspeld door wiskundige H. Weyl, werden voor het eerst gedetecteerd in vaste kristallen door drie onafhankelijke onderzoeksgroepen in 2015.

Kort na die experimentele detectie, WVU theoretisch natuurkundige Aldo Romero, een universitair hoofddocent theorie en berekening van de gecondenseerde materie, en natuurkunde promovendus Sobhit Singh, stelde een manier voor om controle te krijgen over de dynamiek van deze quasideeltjes:door ze in paren te creëren. hun theorie, gepubliceerd in Fysieke beoordeling B , werd bevestigd in een onafhankelijk uitgevoerd experiment gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang eerder dit jaar.

"Ik denk dat niet alleen wij, maar alle instanties in de VS hebben erkend dat dit onderzoek een zeer mooie toekomst heeft, "Zei Romero. "Het idee is niet alleen nieuwe materialen te kunnen vinden, maar ook apparaten te ontwikkelen om die eigenschappen te gebruiken."

Deze quasideeltjes verschijnen altijd in paren. Ze kunnen op een gecontroleerde manier worden verplaatst en gemanipuleerd wanneer een koppeling tussen de kristalsymmetrie en het elektrische veld wordt benut. Singh vergelijkt de koppeling met een dans.

"Dit is zoiets als een dans, waar elk stel volgens de beats optreedt, het ritme van de muziek en de passen van die specifieke dansstijl, " zei Singh. "In kristallen, de interactie tussen de spin en orbitale bewegingen van elektronen, of de spin-baan koppeling, speelt de beat. Een extern elektrisch veld werkt als muziek, en de kristalsymmetrieën bepalen de mogelijke beweging van elektronen. Een paar Weyl-fermionen vormen het dansende paar."

De quasideeltjes zijn uniek omdat hun spin hen naast elektriciteit nog een graad van vrijheid geeft, waardoor ze gevoeliger zijn voor veel eigenschappen en ze op verschillende manieren kunnen worden gemanipuleerd.

"Vanwege deze extra vrijheidsgraad, we kunnen de quasideeltjes koppelen aan andere vrijheidsgraden. Bijvoorbeeld, we kunnen licht toepassen en de reactie ervan zien op basis van de spin. We kunnen temperatuur toepassen en zien wat de veranderingen zullen zijn met betrekking tot de spin. We kunnen een magneet aanbrengen en de reactie zien met betrekking tot de spin en dat soort dingen, "Zei Romero. "Omdat we deze nieuwe mate van vrijheid hebben, het draaien, we hebben ruimte om te verkennen. We kunnen alle mogelijke combinaties van die atomen onderzoeken om te zien welke stabiel zullen zijn, en we kunnen ons onderzoek uitbreiden om nieuwe apparaten te realiseren."

De opkomende technologie die de concepten van Weyl-fermionen gebruikt, wordt vaak Welytronics genoemd. Deze technologie belooft veel snellere en energiezuinigere apparaten op te leveren in vergelijking met de bestaande elektronische apparaten.

"Alles wat we hebben, van gloeilampen tot auto's tot computers, is gebaseerd op de elektronische technologie waarbij we massieve en langzaam bewegende elektronen gebruiken. In de nieuwe Weyltronics-technologie, we gebruiken de nieuwe kenmerken van massaloze Weyl-fermionen, die elektriciteit veel sneller en efficiënter geleiden in vergelijking met de normale elektronen, Singh zei. "Omdat deze technologie zich nog in een vroeg stadium bevindt, het is moeilijk om je alle mogelijke apparaten voor te stellen die je kunt ontwerpen met Weyl-fermionen. Echter, enkele belangrijke mogelijke toepassingen van deze technologie zijn onder meer ultrasnelle schakelaars, spin-transistoren, logische apparaten, elektrische en magnetische veldsensoren en kwantumcomputers."