(a) Par manipulation locale des paramètres du matériau, il est possible d'ajuster les propriétés des porteurs de charge dans les semi-métaux de Weyl; (b) Avec une manipulation locale appropriée des paramètres du matériau, on peut adapter le mouvement du porteur et concevoir de nouveaux dispositifs électroniques tels que la lentille électronique, qui concentre les transporteurs entrants. Crédit :Académie de Finlande
Des chercheurs ont montré comment les principes de la relativité générale ouvrent la porte à de nouvelles applications électroniques telles qu'une lentille électronique tridimensionnelle et des dispositifs électroniques d'invisibilité. Dans une nouvelle étude financée par l'Académie de Finlande, Les chercheurs de l'Université d'Aalto, Alex Westström et Teemu Ojanen, proposent une méthode pour aller au-delà de la relativité restreinte et simuler la théorie de la relativité générale d'Einstein dans les semi-métaux de Weyl non homogènes. La théorie des métamatériaux de Weyl combine des idées de la physique du solide, la physique des particules et la cosmologie et indique un moyen de fabriquer des matériaux métalliques de conception où les porteurs de charge se déplacent comme des particules dans un espace-temps incurvé.
Les chercheurs proposent des métamatériaux de Weyl, une généralisation des semi-métaux de Weyl, qui permettent de nouveaux types d'appareils électroniques grâce à l'ingénierie géométrique.
"Les systèmes que nous avons introduits offrent un itinéraire pour faire bouger les porteurs de charge comme s'ils vivaient dans une géométrie courbe, fournir un laboratoire de table pour simuler la physique quantique de l'espace courbe et certains phénomènes cosmologiques, ", explique Alex Westström.
Les semi-métaux de Weyl sont un exemple de matériaux quantiques récemment découverts qui ont reçu beaucoup d'attention. Les porteurs de charge dans ces matériaux se comportent comme s'il s'agissait de particules sans masse se déplaçant à la vitesse de la lumière.
"Nous avons découvert que les métamatériaux de Weyl peuvent servir de plate-forme pour des dispositifs électroniques exotiques tels que la lentille électronique 3-D, où les trajectoires des porteurs de charge sont focalisées un peu comme des faisceaux de lumière dans une lentille optique, ", dit Teemu Ojanen.
La conduction électrique dans les semi-métaux de Weyl reflète la physique de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein. Néanmoins, la relativité restreinte suppose également une absence de gravité, qu'Einstein a formulé comme une géométrie de l'espace-temps.
La théorie des métamatériaux de Weyl ouvre également la voie à des applications électroniques fondamentalement nouvelles, par exemple, le développement de dispositifs électroniques d'invisibilité. L'idée clé derrière les applications potentielles est une géométrie incurvée créée artificiellement, qui courbe le mouvement des porteurs de charge de manière contrôlée.
« En optique, on sait depuis des siècles que la lumière choisit toujours la trajectoire la plus rapide. En géométrie courbe, le chemin le plus rapide ne ressemble pas à une ligne droite pour ceux qui regardent de l'extérieur. La fonctionnalité des dispositifs d'invisibilité optique, où les faisceaux de lumière contournent un objet caché, est en fait basé sur l'application de la géométrie de l'espace courbe. Ce serait une percée dans la recherche fondamentale pour atteindre une fonctionnalité similaire dans les systèmes électroniques, " ajoute Ojanen.
