Fysikere justerer dynamikken i eksotiske kvantepartikler

Fysikere ved West Virginia University har opdaget en måde at kontrollere en nyopdaget kvantepartikel, potentielt føre til hurtigere computere og andre elektroniske enheder.

Weyl fermioner, masseløse kvasipartikler, der blev forudsagt at eksistere i 1930 af matematikeren H. Weyl, blev først opdaget i faste krystaller af tre uafhængige forskningsgrupper i 2015.

Kort efter den eksperimentelle påvisning, WVU teoretisk fysiker Aldo Romero, lektor i teori og beregning af kondenseret stof, og fysik -ph.d. -studerende Sobhit Singh, foreslået en måde at få kontrol over dynamikken i disse kvasipartikler:ved at oprette dem i par. Deres teori, udgivet i Fysisk gennemgang B , blev bekræftet i et uafhængigt udført eksperiment offentliggjort i Videnskab fremskridt tidligere i år.

"Jeg tror ikke kun os, men alle agenturer i USA har erkendt, at denne forskning har en meget lys fremtid, " sagde Romero. "Idéen er ikke kun at være i stand til at finde nye materialer, men at udvikle enheder til at bruge disse egenskaber."

Disse kvasipartikler vises altid i par. De kan flyttes og manipuleres på en kontrolleret måde, når en kobling mellem krystalsymmetrien og det elektriske felt udnyttes. Singh sammenligner koblingen med en dans.

"Dette er noget som en dans, hvor hvert par udfører i henhold til takterne, rytmen af ​​musikken og trinene i den specifikke dansestil, "Sagde Singh." I krystaller, vekselvirkningen mellem elektronernes spin og orbitalbevægelser, eller spin-kredsløbskoblingen, spiller beatet. Et eksternt elektrisk felt fungerer som musik, og krystalsymmetrierne styrer elektronernes mulige bevægelse. Et par Weyl-fermioner danner danseparret."

Kvasipartiklerne er unikke, fordi deres spin giver dem en anden grad af frihed ud over elektricitet, gør dem mere følsomme over for mange egenskaber og giver dem mulighed for at blive manipuleret på forskellige måder.

"På grund af denne ekstra grad af frihed, vi kan koble quasipartiklerne til andre frihedsgrader. For eksempel, vi kan anvende lys og se responsen af ​​det baseret på spindet. Vi kan anvende temperatur og se, hvad ændringerne vil være i forhold til centrifugeringen. Vi kan anvende en magnet og se svaret med hensyn til spin og sådan noget, "Sagde Romero." Fordi vi har denne nye grad af frihed, snurren, vi har plads til at udforske. Vi kan udforske alle mulige kombinationer af disse atomer for at se, hvilke der vil være stabile, og vi kan udvide vores forskning til at realisere nye enheder. "

Den nye teknologi, der udnytter begreberne Weyl fermioner, kaldes ofte Welytronics. Denne teknologi lover at give meget hurtigere og mere energieffektive enheder sammenlignet med de eksisterende elektroniske enheder.

"Alt hvad vi har, fra elpærer til biler til computere, er baseret på den elektroniske teknologi, hvor vi bruger massive og langsomme elektroner. I den nye Weyltronics -teknologi, vi udnytter de nye træk ved masseløse Weyl fermioner, som leder elektricitet meget hurtigere og mere effektivt i forhold til de normale elektroner, " sagde Singh. "Da denne teknologi stadig er på et tidligt stadium, det er svært at forestille sig alle de mulige enheder, man kan designe ved hjælp af Weyl-fermioner. Imidlertid, nogle større mulige anvendelser af denne teknologi kunne omfatte ultrahurtige switches, spin-transistorer, logiske enheder, elektriske og magnetiske feltsensorer og kvantecomputere. "