De wetten van de kwantummechanica zorgen voor het bestaan ​​van 'quasi-deeltjes':excitaties in materialen die zich precies als gewone deeltjes gedragen. Een groot voordeel van quasi-deeltjes ten opzichte van gewone deeltjes is dat hun eigenschappen kunnen worden gemanipuleerd. In een Natuurmaterialen Nieuws &Bekeken artikel deze week, IoP-fysicus Erik van Heumen beschrijft recente experimenten waarbij zelfs de interacties tussen quasi-deeltjes kunnen worden afgestemd.

In recente jaren, de wiskundige tak van de topologie, het bestuderen van de vormen van dingen, en de fysieke tak van de fysica van de gecondenseerde materie, het bestuderen van het gedrag van vaste stoffen en vloeistoffen, zijn opgegaan in een spannend nieuw onderzoeksveld:dat van topologische materialen. Een van de meest opwindende aspecten van dit gecombineerde veld is de opkomst van exotische quasi-deeltjes:lokale verstoringen in materialen die zich precies als deeltjes gedragen. Dat zulke quasi-deeltjes kunnen bestaan, was al bekend uit de kwantumbeschrijving van eenvoudige materialen. Wat de combinatie met topologie biedt, is een hele nieuwe reeks van dergelijke deeltjes, bijvoorbeeld bekend als Dirac en Weyl fermionen, axionen en magnetische monopolen.

Technische interacties

Zich bevrijden van de strikte regels voor gewone deeltjes die door de natuur worden gedicteerd, onderzoekers krijgen controle over de eigenschappen van quasi-deeltjes door een zorgvuldige keuze van de materialen die worden gebruikt om ze te genereren. Een wens die hoog op de lijst heeft gestaan, is het vinden van materialen waarin het type en de sterkte van interacties tussen quasi-deeltjes kunnen worden afgestemd.

Onlangs, er werd een familie van materialen ontdekt met atomen die zijn gerangschikt in een zogenaamd kagome-rooster. In zijn 'News &Views' artikel, Erik van Heumen beschrijft experimenten, gerapporteerd in de laatste editie van Natuurmaterialen , die wijzen op de vorming in deze materialen van een zogenaamde 'flux-density wave', een excitatie die de eerste bevestiging geeft van de theoretische voorspellingen dat deze materialen exotisch interagerende quasi-deeltjes zouden kunnen bevatten. Het feit dat dergelijke afstembare interacties tussen quasi-deeltjes in materialen nu in het laboratorium kunnen worden gecreëerd, is veelbelovend voor toekomstige studies van topologische materialen.