Schemat för en Weyl-halvmetallbaserad axionisolator. Upphovsman:Johannes Gooth
Forskare vid Max Planck -institutet för kemisk fysik av fasta ämnen i Dresden, Princeton Universitet, University of Illinois i Urbana-Champaign, och University of the Chinese Academy of Sciences har upptäckt en berömd svårfångad partikel:Axionen, förutspåddes först för 42 år sedan som en elementär partikel i förlängningar av standardmodellen för partikelfysik. Resultaten av experimenten publiceras i Natur .
Teamet hittade signaturer av axionpartiklar sammansatta av elektroner av Weyl-typ (Weyl fermioner) i det korrelerade Weyl-halvmetallet (TaSe 4 ) 2 I. Vid rumstemperatur, (TaSe 4 ) 2 I är en endimensionell kristall där elektrisk ström leds av Weyl fermioner. Dock, genom kylning (TaSe 4 ) 2 I ner under -11 grader C, dessa Weyl fermioner själva kondenseras till en kristall, en så kallad "laddningsdensitetsvåg, "som snedvrider atomernas underliggande kristallgitter. De ursprungligen fria Weyl -fermionerna är nu lokaliserade och den initiala Weyl -semimetallen (TaSe 4 ) 2 Jag blir en axionsisolator. I likhet med förekomsten av fria elektroner i metalliska atomkristaller, Weyms halvmetallbaserade laddningstäthet-vågkristall är värd för axioner som kan leda elektrisk ström. Dock, sådana axioner beter sig ganska annorlunda än elektroner. Vid exponering för parallella elektriska och magnetiska fält, de ger ett avvikande positivt bidrag till den magnetoelektriska konduktiviteten.
Baserat på förutsägelser från Andrei Bernevigs grupp vid Princeton University, gruppen Claudia Felser i Dresden producerade laddningstäthetsvågen Weyl metalloid (TaSe 4 ) 2 Jag och undersökte den elektriska ledningen i detta material under påverkan av elektriska och magnetiska fält. Forskarna fann att den elektriska strömmen i detta material under -11 grader C faktiskt bärs av axionpartiklar. "Det är mycket förvånande att material som vi tror att vi vet plötsligt visar så intressanta kvantpartiklar, säger Claudia Felser, en av tidningens huvudförfattare.
Genom att undersöka axionpartiklarnas nya egenskaper i bordsförsök kan forskare bättre förstå kvantpartiklarnas mystiska rike, och öppna fältet för högkorrelerade topologiska material. "Ännu en byggsten för min livslånga dröm om att förverkliga idéer från astronomisk och högenergifysik med bordsförsök i fasta ämnen, säger Johannes Gooth.
