Strøm, der genereres, når lys rammer et materiale, afslører, at elektroner opfører sig som en undvigende partikel

En masseløs partikel, alias Weyl fermion, forudsagt for næsten 100 år siden, er fundet i et andet hjørne af fysikken. Elektroner i et halvmetal kan opføre sig som disse partikler. De er enten højrehåndede eller venstrehåndede-de er spejlbilleder som vores hænder. Teori forudsagde, at Weyl-halvmetaller kunne producere håndethedsafhængig elektrisk strøm ved at skinne cirkulært polariseret infrarødt lys på det. Forskere bekræftede og målte derefter denne strøm. Ved at skifte fra højre- til venstrehåndet lys skiftede strømretningen, hvilket betyder, at de kunne bestemme disse elektroners rethed.

Påvisningen af ​​elektronernes hånd i et Weyl -halvmetal åbner nye eksperimentelle muligheder for at studere og kontrollere disse undvigende masseløse partikler og deres kvantemærkelighed. Deres kvanteadfærd kan føre til nye optiske fænomener. Et eksempel er fotostrømme (elektrisk strøm induceret af lys). Et andet eksempel er påvisning af fotoner (kvantiserede lyspakker) fra det midt-infrarøde optiske spektrum til lavere frekvenser (terahertz). Infrarød detektion er afgørende for nattesyn og varmebilleddannelse. Terahertz-registrering er nyttig til pakke-gennemtrængende enheder. Ud over, højre- og venstrehåndet i et halvmetal kunne bruges som nuller og dem i konventionel computing. Resultatet? Nye veje til lagring og transport af data.

En undvigende masseløs partikel med ladning og centrifugering ½, alias Weyl fermion, blev forudsagt for næsten 100 år siden. Det er stadig ikke blevet observeret i partikelfysik. Imidlertid, forskere har forudsagt og observeret elektroner i semimetal tantal arsenid (TaA) opfører sig ligesom den undvigende partikel. Partiklerne har håndethed bestemt af, om partiklernes spin- og bevægelsesretninger er parallelle eller antiparallelle. Med andre ord, elektronerne i TaAs udgør en ny topologisk fase kaldet et Weyl -semimetal. Derfor, elektroner i et Weyl-halvmetal er lavenergi-søskende til Weyl fermioner i partikelfysik. Teori forudsagde, at Weyl -halvmetaller kunne understøtte betydelige fotostrømme på grund af kombinationen af ​​specifik symmetribrud, begrænset kemisk potentiale, og endelige vipper af Weyl energispektret. For nylig, et team af forskere fra flere institutioner satte sig for at teste denne teori.

I to publikationer, forskerne forudsagde først og rapporterede derefter den direkte optiske observation af den inducerede fotostrøm og derfor Weyl fermions hænder i de semimetal TaA'er. I disse forsøg, forskere observerede for første gang, at fotostrømmen når en maksimal værdi for det rigtige cirkulært polariserede lys. Skift af lyset til venstre cirkulært polariseret minimerede den samlede fotostrøm. Disse observationer vil føre til yderligere forsøg, fordi teorien også tyder på, at Weyl-materialer, der mangler et punkt med inversionssymmetri, kan bruges til at udvikle meget følsomme detektorer til mellem- og fjerninfrarødt lys.