Weyl fermioner udviser paradoksal adfærd

Teoretiske fysikere har fundet Weyl fermioner at udvise paradoksal adfærd i modstrid med en 30-årig grundlæggende teori om elektromagnetisme. Fundet har mulige anvendelser inden for spintronics. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Fysikere opdeler elementarpartiklernes verden i to grupper. På den ene side er kraftbærende bosoner, og på den anden er der såkaldte fermioner. Sidstnævnte gruppe findes i tre forskellige varianter. Dirac fermioner er de mest berømte, omfattende alt stof. Fysikere opdagede for nylig Majorana fermioner, som kan danne grundlag for fremtidige kvantecomputere. Endelig, Weyl fermioner udviser underlig opførsel i, for eksempel, elektromagneter, hvilket har vakt interesse for prof. Carlo Beenakkers teoretiske fysikgruppe.

Elektromagneter

Konventionelle elektromagneter arbejder på samspillet mellem elektriske strømme og magnetfelter. Inde i en dynamo, en roterende magnet genererer elektricitet, og omvendt:Bevægelse af elektriske ladninger i en ledning viklet omkring en metalstang vil fremkalde et magnetfelt. Paradoksalt nok, en elektrisk strøm produceret i stangen i samme retning ville producere et magnetfelt omkring det, til gengæld at generere en strøm i den modsatte retning, og hele systemet ville kollapse.

Mærkeligt nok, Beenakker og hans gruppe har fundet tilfælde, hvor dette faktisk sker. Efter en idé fra samarbejdspartner Prof. İnanç Adagideli (Sabanci University), Ph.d. studerende Thomas O'Brien byggede en computersimulering, der viser, at materialer, der indeholder Weyl fermions, faktisk udviser denne underlige adfærd. Dette er blevet observeret før, men kun på kunstigt korte tidspunkter, når systemet ikke fik tid til at korrigere for anomalien. Leiden/Sabanci -samarbejdet viste, at under særlige omstændigheder - ved temperaturer tæt på absolut nul, når materialer bliver superledende - sker det mærkelige scenario på ubestemt tid.

Indtil nu, fysikere betragtede dette som umuligt på grund af underliggende symmetrier i de anvendte modeller. Det giver opdagelsen grundlæggende betydning. "Vi studerer Weyl fermioner hovedsageligt ud fra en grundlæggende interesse, "siger O'Brien." Stadig, denne forskning giver mere frihed i brugen af ​​magnetisme og materialer. Måske vil den ekstra fleksibilitet i et Weyl -halvmetal være nyttig i fremtidens elektronikdesign. "