En masslös partikel, aka Weyl fermion, förutspådde för nästan 100 år sedan, har hittats i ett annat hörn av fysiken. Elektroner i en halvmetall kan bete sig som dessa partiklar. De är antingen höger- eller vänsterhänta-de är spegelbilder som våra händer. Teori förutspådde att Weyl-halvmetaller skulle kunna producera handenhetsberoende elektrisk ström genom att lysa cirkulärt polariserat infrarött ljus på den. Forskare bekräftade sedan och mätte denna ström. Att byta från höger- till vänsterhänt ljus ändrade strömriktningen, vilket betyder att de kan avgöra hur elektroniska dessa är.

Upptäckten av elektronernas hand i en Weyl -halvmetall öppnar nya experimentella möjligheter för att studera och kontrollera dessa svårfångade masslösa partiklar och deras kvantkänslighet. Deras kvantbeteende kan leda till nya optiska fenomen. Ett exempel är fotoströmmar (elektrisk ström inducerad av ljus). Ett annat exempel är detektion av fotoner (kvantiserade ljuspaket) från det mellersta infraröda optiska spektrumet till lägre frekvenser (terahertz). Infraröd detektering är avgörande för nattsyn och värmeavbildning. Terahertz-detektering är användbar för paketgenomträngande enheter. Dessutom, höger- och vänsterhäntighet i en halvmetall skulle kunna användas som nollor och enor i konventionell beräkning. Resultatet? Nya vägar att lagra och bära data.

En svårfångad masslös partikel med laddning och centrifugering ½, aka Weyl fermion, förutspåddes för nästan 100 år sedan. Det har fortfarande inte observerats i partikelfysik. Dock, forskare har förutsagt och observerat elektroner i semimetall tantal arsenid (TaA) som beter sig precis som den svårfångade partikeln. Partiklarna har handens avgörande av huruvida partikelns rotationsriktningar och rörelse är parallella eller antiparallella. Med andra ord, elektronerna i TaAs utgör en ny topologisk fas som kallas Weyl semimetal. Därför, elektroner i en Weyl-halvmetall är Weyl fermions syskon med låg energi i partikelfysik. Teori förutspådde att Weyl -halvmetaller kunde stödja betydande fotoströmmar på grund av kombinationen av specifik symmetribrytning, begränsad kemisk potential, och ändliga lutningar i Weyl energispektrum. Nyligen, ett team av forskare från flera institutioner gav sig ut för att testa denna teori.

I två publikationer, forskarna förutspådde först och rapporterade sedan den direkta optiska observationen av den inducerade fotoströmmen och därmed Weyl fermions handfasthet i de semimetala TaA:erna. I dessa experiment, forskare observerade för första gången att fotoströmmen når ett maximivärde för rätt cirkulärt polariserat ljus. Att byta ljuset till vänster cirkulärt polariserat minimerade den totala fotoströmmen. Dessa observationer kommer att leda till ytterligare experiment, eftersom teorin också föreslår att Weyl-material som saknar inversionssymmetri kan användas för att utveckla mycket känsliga detektorer för mellan- och fjärranfrarött ljus.