Föreställ dig hur mycket du skulle kunna åstadkomma om kretsarna i din bärbara dator och mobiltelefon fungerade 10 gånger snabbare, och ditt batteri räckte 10 gånger längre, än vad de gör nu.

För att förstå morgondagens teknologi – och idag – måste man gå tillbaka till ekvationer som utvecklades av fysiker på 1930-talet. En av dessa fysiker var Hermann Weyl, som 1937 teoretiserade förekomsten av Weyl-fermioner, masslösa partiklar som kan bära elektrisk laddning i höga hastigheter. Ingen har någonsin observerat dessa partiklar isolerat, men Weyl-fermioner har upptäckts i en speciell klass av material som kallas Weyl-halvmetaller. 2015, ett forskarlag från Princeton fann att tantalarsenid är en Weyl-halvmetall, och sedan dess har team från hela världen studerat andra material för att se om de uppvisar de egenskaper som Weyl förutspått.

Nu, ett team av elektriska ingenjörer vid University of Delaware har upptäckt att nya semimetalliska material, legeringar av germanium och tenn, har egenskaper som Weyl-halvmetaller. Detta har inte observerats tidigare av någon annan forskargrupp.

Teamet leds av James Kolodzey, Charles Black Evans professor i el- och datateknik, som studerar flödet av elektrisk ström genom material.

"Historiskt sett, elektriska ingenjörer har försökt kategorisera material ur en elektronisk och optisk synvinkel, " sa Kolodzey.  Till exempel, metaller som koppar och aluminium leder elektricitet bra på grund av elektronernas rörelse, de subatomära partiklarna som bär elektrisk laddning. "I metaller, elektroner är lite lösa och flyter lätt, " sa Kolodzey. Det är därför koppar används i ledningar för att föra in elektricitet i byggnader.

Halvmetaller leder elektricitet, för, bara inte lika effektivt har metaller. Dock, strömmen kan röra sig snabbare genom halvmetaller än genom halvledare – de material som kisel som vanligtvis används i datorchips, mobiltelefoner, och annan allmänt förekommande hemelektronik.

"Elektronerna i en Weyl-halvmetall är väldigt snabba, 10 gånger snabbare än i en konventionell halvledare, så vi förväntar oss att möjliga Weyl-kretsar har mycket högre hastigheter, " han sa.

Kolodzeys grupp har visat att materialet de studerar, molybdentellurid och germaniumtennlegeringar, agera som Weyl-halvmetaller. Till exempel, de är mycket lyhörda för ljus som vibrerar i ett cirkulärt mönster, en egenskap hos Weyl-halvmetaller som kan vara särskilt användbar i optiska och elektroniska tillämpningar, från fjärranalys till medicin med mera.

"Vid University of Delaware, vi försöker använda elektroteknik för att göra saker av dessa material, " sa Kolodzey. "Vi vill ha praktiska applikationer och enheter, från transistorer till dioder till integrerade kretskomponenter. Istället för att använda halvledare, vi vill göra dem med Weyl-halvmetaller. Till skillnad från alla kända Weyl-halvmetaller, germanium-tennlegeringarna är kompatibla med tillverkningsprocesser för kiselkretsar."

Dessa enheter kan, i teorin, arbeta med höga hastigheter men med låga effektbehov. Även vid hård användning, bärbara datorer och mobiltelefoner skulle inte överhettas, och batterierna skulle hålla mycket längre än de gör nu.

Materialet som undersöks av Kolodzeys team kan också användas för att optimera solceller, som omvandlar ljusenergi till elektricitet, och även för att göra detektorer av infrarött ljus, för värmeavbildning.