Een massaloos deeltje, a.k.a. Weyl-fermion, bijna 100 jaar geleden voorspeld, is gevonden in een andere hoek van de natuurkunde. Elektronen in een halfmetaal kunnen zich als deze deeltjes gedragen. Ze zijn ofwel rechtshandig of linkshandig - het zijn spiegelbeelden zoals onze handen. De theorie voorspelde dat Weyl-halfmetalen handigheidsafhankelijke elektrische stroom konden produceren door er circulair gepolariseerd infrarood licht op te schijnen. Wetenschappers hebben deze stroom vervolgens bevestigd en gemeten. Veranderen van rechts- naar linkshandig licht veranderde de richting van de stroom, wat betekent dat ze de handigheid van deze elektronen konden bepalen.

De detectie van handigheid van elektronen in een Weyl-halfmetaal opent nieuwe experimentele mogelijkheden voor het bestuderen en beheersen van deze ongrijpbare massaloze deeltjes en hun kwantumgekte. Hun kwantumgedrag kan leiden tot nieuwe optische fenomenen. Een voorbeeld zijn fotostromen (elektrische stroom opgewekt door licht). Een ander voorbeeld is de detectie van fotonen (gekwantiseerde lichtpakketten) van het midden-infrarode optische spectrum naar lagere frequenties (terahertz). Infrarooddetectie is essentieel voor nachtzicht en warmtebeeldvorming. Terahertz-detectie is handig voor apparaten die pakketten binnendringen. In aanvulling, de rechts- en linkshandigheid in een halfmetaal kan worden gebruikt als nullen en enen in conventionele computers. Het resultaat? Nieuwe wegen om gegevens op te slaan en te vervoeren.

Een ongrijpbaar massaloos deeltje met lading en spin ½, a.k.a. Weyl-fermion, werd bijna 100 jaar geleden voorspeld. Het is nog steeds niet waargenomen in de deeltjesfysica. Echter, wetenschappers hebben voorspeld en waargenomen dat elektronen in het halfmetaal tantaalarsenide (TaAs) zich net zo gedragen als het ongrijpbare deeltje. De handigheid van de deeltjes wordt bepaald door of de spin- en bewegingsrichtingen van het deeltje evenwijdig of anti-parallel zijn. Met andere woorden, de elektronen in TaAs vormen een nieuwe topologische fase die een Weyl-halfmetaal wordt genoemd. Daarom, elektronen in een Weyl-halfmetaal zijn de laagenergetische broers en zussen van Weyl-fermionen in de deeltjesfysica. Theorie voorspelde dat Weyl-halfmetalen significante fotostromen kunnen ondersteunen vanwege de combinatie van specifieke symmetriebreking, eindige chemische potentiaal, en eindige hellingen van het Weyl-energiespectrum. Onlangs, een team van wetenschappers van meerdere instellingen ging op pad om deze theorie te testen.

In twee publicaties de wetenschappers voorspelden en rapporteerden eerst de directe optische waarneming van de geïnduceerde fotostroom en dus de handigheid van Weyl-fermionen in de semi-metalen TaAs. Bij deze experimenten onderzoekers zagen voor het eerst dat de fotostroom een ​​maximale waarde bereikt voor rechts circulair gepolariseerd licht. Door het licht naar links circulair gepolariseerd te schakelen, werd de totale fotostroom geminimaliseerd. Deze waarnemingen zullen leiden tot aanvullende experimenten, omdat de theorie ook suggereert dat Weyl-materialen die geen punt van inversiesymmetrie hebben, kunnen worden gebruikt om zeer gevoelige detectoren te ontwikkelen voor midden- en ver-infrarood licht.