Forskare har visat hur principerna för allmän relativitet öppnar dörren till nya elektroniska applikationer som en tredimensionell elektronlins och elektroniska osynlighetsanordningar. I en ny studie finansierad av Finlands Akademi, Aalto -universitetets forskare Alex Westström och Teemu Ojanen föreslår en metod för att gå utöver särskild relativitet och simulera Einsteins allmänna relativitetsteori i inhomogena Weyl -semimetaller. Teorin om Weyl-metamaterial kombinerar idéer från solid-state fysik, partikelfysik och kosmologi och pekar på ett sätt att tillverka metalliska designmaterial där laddningsbärare rör sig som partiklar i krökt rymdtid.

Forskarna föreslår Weyl -metamaterial, en generalisering av Weyl -halvmetaller, som möjliggör nya typer av elektroniska enheter genom geometri.

"De system vi introducerade erbjuder en väg för att få laddningsbärarna att röra sig som om de lever i en krökt geometri, tillhandahålla ett bordsskivlaboratorium för simulering av kvantfysik i krökt utrymme och vissa kosmologiska fenomen, ”Förklarar Alex Westström.

Weyl -halvmetaller är ett exempel på nyligen upptäckta kvantmaterial som har uppmärksammats mycket. Laddningsbärare i dessa material beter sig som om de vore masslösa partiklar som rör sig med ljusets hastighet.

"Vi upptäckte att Weyl-metamaterial kan fungera som en plattform för exotiska elektroniska enheter, såsom 3D-elektronlinsen, där laddningsbärarnas banor är fokuserade ungefär som ljusstrålar i en optisk lins, "Säger Teemu Ojanen.

Den elektriska ledningen i Weyl -halvmetaller speglar fysiken i Einsteins speciella relativitetsteori. Ändå, särskild relativitet förutsätter också en frånvaro av gravitation, som Einstein formulerade som rymdtidens geometri.

Teorin om Weyl -metamaterial banar också väg för grundläggande nya elektronikapplikationer, till exempel, utvecklingen av elektroniska osynlighetsanordningar. Nyckeltanken bakom de potentiella tillämpningarna är en artificiellt skapad krökt geometri, som böjer laddningsbärares rörelse på ett kontrollerat sätt.

"Inom optik, det har varit känt i århundraden att ljus alltid väljer den snabbaste banan. I krökt geometri, den snabbaste vägen ser inte ut som en rak linje för dem som tittar utifrån. Funktionen hos optiska osynlighetsanordningar, där ljusstrålarna kringgår ett dolt föremål, är faktiskt baserat på tillämpningen av krökt rymdgeometri. Det skulle vara ett genombrott inom grundforskning att uppnå en liknande funktionalitet i elektroniska system, "Tillägger Ojanen.