Fysiker vid West Virginia University har upptäckt ett sätt att kontrollera en nyupptäckt kvantpartikel, vilket kan leda till snabbare datorer och andra elektroniska enheter.

Weyl fermioner, masslösa kvasipartiklar som förutspåddes existera 1930 av matematikern H. Weyl, upptäcktes först i fasta kristaller av tre oberoende forskargrupper 2015.

Strax efter den experimentella upptäckten, WVU teoretiska fysiker Aldo Romero, docent i teori och beräkning av kondenserad materia, och fysik doktorand Sobhit Singh, föreslog ett sätt att få kontroll över dynamiken i dessa kvasipartiklar:genom att skapa dem i par. Deras teori, publicerad i Fysisk granskning B , bekräftades i ett oberoende utfört experiment publicerat i Vetenskapliga framsteg tidigare i år.

"Jag tror att inte bara vi utan alla myndigheter i USA har insett att denna forskning har en mycket ljus framtid, "Romero sa." Tanken är inte bara att kunna hitta nya material utan att utveckla enheter för att använda dessa egenskaper. "

Dessa kvasipartiklar visas alltid i par. De kan flyttas och manipuleras på ett kontrollerat sätt när en koppling mellan kristallsymmetrin och det elektriska fältet utnyttjas. Singh jämför kopplingen med en dans.

"Det här är ungefär som en dans, där varje par utför enligt beats, musikens rytm och stegen i den specifika dansstilen, "Singh sa." I kristaller, interaktionen mellan elektronernas rotations- och orbitalrörelser, eller spin-orbit-kopplingen, spelar takten. Ett externt elektriskt fält fungerar som musik, och kristallsymmetrierna styr elektronernas möjliga rörelse. Ett par Weyl fermioner bildar det dansande paret. "

Kvaspartiklarna är unika eftersom deras snurrning ger dem en annan grad av frihet utöver elektricitet, göra dem mer känsliga för många egenskaper och låta dem manipuleras på olika sätt.

"På grund av denna extra grad av frihet, vi kan koppla kvasipartiklarna till andra frihetsgrader. Till exempel, vi kan applicera ljus och se svaret av det baserat på snurrningen. Vi kan tillämpa temperatur och se vad förändringarna kommer att bli med avseende på snurrningen. Vi kan applicera en magnet och se svaret med avseende på snurrningen och liknande saker, "Sade Romero." Eftersom vi har denna nya grad av frihet, snurren, vi har utrymme att utforska. Vi kan utforska alla möjliga kombinationer av dessa atomer för att se vilka som kommer att vara stabila, och vi kan utöka vår forskning för att förverkliga nya enheter. "

Den framväxande tekniken som använder begreppen Weyl fermioner kallas ofta Welytronics. Denna teknik lovar att ge mycket snabbare och mer energieffektiva enheter jämfört med befintliga elektroniska enheter.

"Allt vi har, från glödlampor till bilar till datorer, är baserad på den elektroniska tekniken där vi använder massiva och långsamt rörliga elektroner. I den nya Weyltronics -tekniken, vi använder de nya egenskaperna hos masslösa Weyl -fermioner, som leder elektricitet mycket snabbare och effektivare jämfört med de normala elektronerna, "Singh sa." Eftersom denna teknik fortfarande är i ett tidigt skede, det är svårt att föreställa sig alla möjliga enheter som man kan designa med hjälp av Weyl fermioner. Dock, några stora möjliga tillämpningar av denna teknik kan inkludera ultrasnabba switchar, spin-transistorer, logiska enheter, elektriska och magnetiska fältsensorer och kvantdatorer. "