Teoretiska fysiker har funnit att Weyl-fermioner uppvisar paradoxalt beteende i motsats till en 30 år gammal grundläggande teori om elektromagnetism. Upptäckten har möjliga tillämpningar inom spintronik. Studien har publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Fysiker delar in elementarpartiklarnas värld i två grupper. På ena sidan finns kraftbärande bosoner, och på den andra finns så kallade fermioner. Den senare gruppen finns i tre olika smaker. Dirac fermioner är de mest kända, innefattande all materia. Fysiker upptäckte nyligen Majorana-fermioner, som kan ligga till grund för framtida kvantdatorer. Slutligen, Weylfermioner uppvisar konstigt beteende i, till exempel, elektromagneter, vilket har väckt intresset hos prof. Carlo Beenakkers teoretiska fysikgrupp.

Elektromagneter

Konventionella elektromagneter arbetar på samspelet mellan elektriska strömmar och magnetfält. Inuti en dynamo, en roterande magnet genererar elektricitet, och vice versa:Att flytta elektriska laddningar i en tråd som är lindad runt en metallstång kommer att inducera ett magnetfält. Paradoxalt, en elektrisk ström producerad inom stången i samma riktning skulle producera ett magnetiskt fält runt den, i sin tur genererar en ström i motsatt riktning, och hela systemet skulle kollapsa.

Märkligt nog, Beenakker och hans grupp har hittat fall där detta faktiskt händer. Efter en idé från samarbetspartner Prof. İnanç Adagideli (Sabanci University), Ph.D. student Thomas O'Brien byggde en datorsimulering som visar att material som innehåller Weyl-fermioner faktiskt uppvisar detta konstiga beteende. Detta har observerats tidigare, men bara på konstgjorda korta tidsskalor, när systemet inte fick tid att korrigera för anomalien. Leiden/Sabanci-samarbetet visade att under speciella omständigheter - vid temperaturer nära absolut noll när material blir supraledande - inträffar det märkliga scenariot på obestämd tid.

Tills nu, fysiker ansåg att detta var omöjligt på grund av underliggande symmetrier i de använda modellerna. Det ger upptäckten grundläggande betydelse. "Vi studerar Weyl-fermioner främst av ett grundläggande intresse, " säger O'Brien. "Ändå, denna forskning ger mer frihet i användningen av magnetism och material. Kanske kommer den extra flexibiliteten i en Weyl-halvmetall att vara till nytta i framtida elektronikdesign."