Fotonlignende elektroner i en firedimensionel verden opdaget i et rigtigt materiale

Dirac-elektroner blev forudsagt af P. Dirac og opdaget af A. Geim, som begge blev tildelt Nobelprisen i fysik i henholdsvis 1933 og 2010. Dirac-elektroner opfører sig som fotoner snarere end elektroner, for de anses for at have ingen masse, og i materialer bevæger de sig med lysets hastighed.

På grund af deres forskelle fra standardelektroner forventes Dirac-elektroner at tilføje hidtil usete elektroniske egenskaber til materialer. For eksempel kan de anvendes på elektroniske enheder til at udføre beregning og kommunikation med ekstraordinær effektivitet og lavt energiforbrug.

For at udvikle en sådan teknologi skal videnskabsmænd først forstå nettoegenskaberne og virkningerne af Dirac-elektroner. Men de eksisterer generelt sammen med standardelektroner i materialer, hvilket forhindrer entydig observation og måling.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Materials Advances , opdagede Ryuhei Naito og kolleger en metode, der muliggør selektiv observation af Dirac-elektronerne i materialer. Ved at bruge elektronspinresonans til direkte at observere uparrede elektroner i materialer for at skelne forskelle i karakter, etablerede forskergruppen en metode til at bestemme deres virkeområde i materialerne og deres energier.

Sidstnævnte er defineret ved, hvor hurtigt de bevæger sig, nemlig deres hastighed. Denne information kræver en firedimensionel verden, for den består af positioner (x, y, z) og energi (E). Forskergruppen har beskrevet det i et letforståeligt skema.

Forskningen har taget vores forståelse af Dirac-elektroner et skridt fremad. Vi ved nu, at deres hastighed er anisotropisk, og den afhænger af deres retning og placering i stedet for lysets konstante hastighed.

Flere oplysninger: Ryuhei Oka et al., Næsten tredimensionelle Dirac-fermioner i et organisk krystallinsk materiale afsløret af elektronspinresonans, Materials Advances (2023). DOI:10.1039/D3MA00619K

Leveret af Ehime University