En metod för att observera en ny klass av topologiska material, kallas Weyl -semimetaller, utvecklades av forskare vid Penn State, MIT, Tohoku universitet, Japan och det indonesiska vetenskapsinstitutet. Materialets ovanliga elektroniska egenskaper kan vara användbara i framtida elektronik och i kvantfysik.

"Weyl -halvmetaller är intressanta eftersom deras elektrontransport visar något ovanligt beteende, "säger Shengxi Huang, biträdande professor i elektroteknik, Penn State. "Till exempel, de kan visa negativ magnetoresistans, vilket betyder att när du applicerar ett magnetfält, motståndet sjunker. Med många konventionella material, det ökar."

I Weyl -halvmetaller, den elektroniska bandstrukturen skiljer sig från normalt. Elektronerna har kiralitet, vilket betyder "handness". Kiraliteten är kopplad till elektronernas snurr- och färdriktning. Elektroner med vänster kiralitet färdas i motsatt riktning av dess snurr, medan elektroner med rätt kiralitet färdas i samma riktning som dess snurr.

"I vanliga fall, ett material skulle ha någon form av bevarande, till exempel, bevarande av laddningsneutralitet - vilket betyder att om du hade ett visst antal negativa laddningar skulle du ha samma antal positiva laddningar, "enligt Kunyan Zhang, Huangs doktorand och huvudförfattare på ett papper i tidningen Fysisk granskning B . "Liknande, du skulle också normalt ha samma antal högra elektroner som vänsterhänta. Men så är inte fallet i detta material och det verkar öka nya elektrontransportegenskaper. "

Teamet bestämde sig för att använda ljus för att studera elektronernas speciella beteende eftersom det är enkelt att använda och lättare än att bygga sofistikerade enheter. Ljuset interagerar med elektronerna och även med gallret, får atomerna att vibrera, skapa fononer. Fononerna och elektronerna interagerar och Ramansignalerna - skillnaden mellan laser och spritt ljus - kan visa elektronernas ovanliga beteende.

Huvudresultatet av forskarnas arbete är att visa att materialets symmetri är trasig. I princip, detta kristallina material bör ha fyrfaldig symmetri, vilket innebär att när kristallen roteras 90 grader är egenskapen exakt densamma. Dock, i den här studien, om Weyl -halvmetallen roteras 90 grader, det finns en avvikelse från symmetri.

Dessutom, detta material bör visa tre toppar i Ramans spektrum, men i en 633-nanometer-rött-ljus excitation saknas en topp. Det är märkligt, enligt forskarna. Förklaringen ligger i bandstrukturen för Weyl semimetal. När elektroner interagerar med ljus, de absorberar tillräckligt med energi för att hoppa till ett högre tillstånd. I Weyl -halvmetaller, det finns många högre stater mycket nära varandra. Interaktionen mellan elektronerna som hoppar till två intilliggande band kan bryta symmetri.

I denna typ av material, elektronerna kan flöda utan att någon rygg sprids under vissa förhållanden, vilket gör det till en bra plattform för framtida elektronik. Det finns också en koppling till kvantberäkning, eftersom ett material som inte sprids har potential att användas i kvantqubits.

"Vi ger gemenskapen en enkel metod för att förstå materialets elektroniska beteende, "Huang avslutade." Och denna metod kan generaliseras. "

Nästa upp, laget kommer att försöka studera fonon/elektroninteraktioner vid en reducerad temperatur, under 10 Kelvin, där beteendet borde vara ganska annorlunda.