Nye kvantematerialer tilbyder en ny vej til 3-D elektroniske enheder

Forskere har vist, hvordan principperne for generel relativitet åbner døren for nye elektroniske applikationer såsom en tredimensionel elektronlinse og elektroniske usynlighedsanordninger. I en ny undersøgelse finansieret af Akademiet i Finland, Aalto-universitetets forskere Alex Westström og Teemu Ojanen foreslår en metode til at gå ud over den særlige relativitetsteori og simulere Einsteins generelle relativitetsteori i inhomogene Weyl-halvmetaller. Teorien om Weyl-metamaterialer kombinerer ideer fra faststoffysik, partikelfysik og kosmologi og peger på en måde at fremstille metalliske designermaterialer, hvor ladningsbærere bevæger sig som partikler i buet rumtid.

Forskerne foreslår Weyl-metamaterialer, en generalisering af Weyl-halvmetaller, der muliggør nye typer elektroniske enheder gennem geometriteknik.

"De systemer, vi introducerede, tilbyder en rute til at få ladningsbærerne til at bevæge sig, som om de levede i en buet geometri, tilvejebringelse af et bordpladelaboratorium til simulering af kvantefysik i buet rum og visse kosmologiske fænomener, " forklarer Alex Westström.

Weyl-halvmetaller er et eksempel på nyligt opdagede kvantematerialer, der har fået meget opmærksomhed. Ladningsbærere i disse materialer opfører sig, som om de var masseløse partikler, der bevæger sig med lysets hastighed.

"Vi opdagede, at Weyl-metamaterialer kan tjene som en platform for eksotiske elektroniske enheder såsom 3-D elektronlinsen, hvor ladningsbærernes baner er fokuseret meget som lysstråler i en optisk linse, " siger Teemu Ojanen.

Den elektriske ledning i Weyl-halvmetaller afspejler fysikken i Einsteins specielle relativitetsteori. Alligevel, speciel relativitet antager også fravær af tyngdekraft, som Einstein formulerede som en geometri af rum-tid.

Teorien om Weyl-metamaterialer baner også vejen for fundamentalt nye elektronikapplikationer, for eksempel, udvikling af elektroniske usynlighedsanordninger. Nøgleideen bag de potentielle applikationer er en kunstigt skabt buet geometri, som bøjer ladningsbærernes bevægelse på en kontrolleret måde.

"I optik, det har været kendt i århundreder, at lys altid vælger den hurtigste bane. I buet geometri, den hurtigste vej ligner ikke en lige linje for dem, der ser udefra. Funktionaliteten af ​​optiske usynlighedsenheder, hvor lysstrålerne går uden om en skjult genstand, er faktisk baseret på anvendelsen af ​​buet rum geometri. Det ville være et gennembrud i grundforskningen at opnå en lignende funktionalitet i elektroniske systemer, " tilføjer Ojanen.