Stel je voor hoeveel je zou kunnen bereiken als de circuits in je laptop en mobiele telefoon 10 keer sneller zouden werken, en je batterij ging 10 keer langer mee, dan ze nu doen.

Om de technologie van morgen - en vandaag - te begrijpen, moet je teruggaan naar vergelijkingen die in de jaren dertig door natuurkundigen zijn ontwikkeld. Een van deze natuurkundigen was Hermann Weyl, die in 1937 theoretiseerde over het bestaan ​​van Weyl-fermionen, massaloze deeltjes die met hoge snelheden elektrische lading kunnen dragen. Niemand heeft deze deeltjes ooit afzonderlijk waargenomen, maar Weyl-fermionen zijn gevonden in een speciale klasse van materialen die Weyl-halfmetalen worden genoemd. anno 2015, een onderzoeksteam uit Princeton ontdekte dat tantaalarsenide een Weyl-halfmetaal is, en sindsdien bestuderen teams van over de hele wereld andere materialen om te zien of ze de door Weyl voorspelde eigenschappen vertonen.

Nutsvoorzieningen, een team van elektrotechnici aan de Universiteit van Delaware heeft ontdekt dat nieuwe halfmetalen materialen, legeringen van germanium en tin, hebben eigenschappen zoals Weyl-halfmetalen. Dit is door geen enkele andere onderzoeksgroep eerder waargenomen.

Het team wordt geleid door James Kolodzey, Charles Black Evans hoogleraar elektrische en computertechniek, die de stroom van elektrische stroom door materialen bestudeert.

"Historisch, elektrotechnici hebben geprobeerd materialen te categoriseren vanuit een elektronisch en optisch oogpunt, " zei Kolodzey.  Bijvoorbeeld metalen zoals koper en aluminium geleiden elektriciteit goed door de beweging van elektronen, de subatomaire deeltjes die elektrische lading dragen. "Bij metalen, elektronen zijn een beetje los en stromen gemakkelijk, " zei Kolodzey. Daarom wordt koper gebruikt in bedrading om elektriciteit in gebouwen te brengen.

Halfmetalen geleiden elektriciteit, te, gewoon niet zo efficiënt heeft metalen doen. Echter, de stroom kan sneller door halfmetalen gaan dan door halfgeleiders - de materialen zoals silicium die vaak worden gebruikt in computerchips, telefoons, en andere alomtegenwoordige consumentenelektronica.

"De elektronen in een Weyl-halfmetaal zijn erg snel, 10 keer sneller dan in een conventionele halfgeleider, dus we zouden verwachten dat mogelijke Weyl-circuits veel hogere snelheden hebben, " hij zei.

Kolodzey's groep heeft aangetoond dat de materialen die ze bestuderen, molybdeentelluride en germaniumtinlegeringen, werken als Weyl-halfmetalen. Bijvoorbeeld, ze reageren heel goed op licht dat in een cirkelvormig patroon trilt, een eigenschap van Weyl-halfmetalen die bijzonder nuttig zou kunnen zijn in optische en elektronische toepassingen, van teledetectie tot medicijnen en meer.

"Aan de Universiteit van Delaware, we proberen elektrotechniek te gebruiken om dingen van deze materialen te maken, " zei Kolodzey. "We willen praktische toepassingen en apparaten, van transistors tot diodes tot componenten van geïntegreerde schakelingen. In plaats van halfgeleiders te gebruiken, we willen ze maken met halfmetalen van Weyl. In tegenstelling tot alle bekende Weyl-halfmetalen, de germanium-tinlegeringen zijn compatibel met fabricageprocessen van siliciumcircuits."

Deze apparaten kunnen, in theorie, werken met hoge snelheden maar met een laag stroomverbruik. Zelfs bij intensief gebruik, laptops en mobiele telefoons zouden niet oververhitten, en de batterijen zouden veel langer meegaan dan ze nu doen.

De materialen die door Kolodzey's team worden onderzocht, kunnen ook worden gebruikt om zonnecellen te optimaliseren, die lichtenergie omzetten in elektriciteit, en ook om detectoren van infrarood licht te maken, voor thermische beeldvorming.