Dirac-elektroner förutspåddes av P. Dirac och upptäcktes av A. Geim, som båda belönades med Nobelpriset i fysik 1933 respektive 2010. Dirac-elektroner beter sig som fotoner snarare än elektroner, för de anses inte ha någon massa, och i material rör de sig med ljusets hastighet.
På grund av deras skillnader från standardelektroner förväntas Dirac-elektroner lägga till oöverträffade elektroniska egenskaper till material. De skulle till exempel kunna tillämpas på elektroniska enheter för att utföra beräkning och kommunikation med extraordinär effektivitet och låg energiförbrukning.
För att utveckla sådan teknik måste forskare först förstå nettoegenskaperna och effekterna av Dirac-elektroner. Men de samexisterar i allmänhet med standardelektroner i material, vilket förhindrar entydig observation och mätning.
I en nyligen publicerad studie publicerad i Materials Advances , upptäckte Ryuhei Naito och kollegor en metod som möjliggör selektiv observation av Dirac-elektronerna i material. Med hjälp av elektronspinresonans, för att direkt observera oparade elektroner i material för att urskilja skillnader i karaktär, etablerade forskargruppen en metod för att bestämma deras verkan i materialen och deras energier.
Det senare definieras av hur snabbt de rör sig, nämligen deras hastighet. Denna information kräver en fyrdimensionell värld, för den består av positioner (x, y, z) och energi (E). Forskargruppen har beskrivit det i ett lättförståeligt schema.
Forskningen har tagit vår förståelse av Dirac-elektroner ett steg framåt. Vi vet nu att deras hastighet är anisotropisk och den beror på deras riktning och placering, istället för ljusets konstanta hastighet.
Mer information: Ryuhei Oka et al, Nästan tredimensionella Dirac-fermioner i ett organiskt kristallint material som avslöjas av elektronspinresonans, Materials Advances (2023). DOI:10.1039/D3MA00619K
Tillhandahålls av Ehime University
