Des physiciens de l'Université de Virginie-Occidentale ont découvert un moyen de contrôler une particule quantique nouvellement découverte, potentiellement conduire à des ordinateurs plus rapides et d'autres appareils électroniques.

Fermions de Weyl, des quasiparticules sans masse dont l'existence était prédite en 1930 par le mathématicien H. Weyl, ont été détectés pour la première fois dans des cristaux solides par trois groupes de recherche indépendants en 2015.

Peu de temps après cette détection expérimentale, Physicien théoricien WVU Aldo Romero, professeur agrégé de théorie de la matière condensée et de calcul, et doctorant en physique Sobhit Singh, a proposé un moyen de contrôler la dynamique de ces quasiparticules :en les créant par paires. Leur théorie, Publié dans Examen physique B , a été confirmé dans une expérience indépendante publiée dans Avancées scientifiques plus tôt cette année.

"Je pense que non seulement nous mais toutes les agences aux États-Unis ont reconnu que cette recherche a un très bel avenir, " Romero a déclaré. " L'idée n'est pas seulement de pouvoir trouver de nouveaux matériaux, mais de développer des dispositifs pour utiliser ces propriétés. "

Ces quasiparticules apparaissent toujours par paires. Ils peuvent être déplacés et manipulés de manière contrôlée lorsqu'un couplage entre la symétrie cristalline et le champ électrique est exploité. Singh compare l'accouplement à une danse.

"C'est quelque chose comme une danse, où chaque couple joue au rythme, rythme de la musique et les pas de ce style de danse spécifique, " dit Singh. " En cristaux, l'interaction entre les mouvements de spin et orbitaux des électrons, ou le couplage spin-orbite, joue le rythme. Un champ électrique externe agit comme de la musique, et les symétries cristallines régissent le mouvement possible des électrons. Une paire de fermions de Weyl forme le couple dansant."

Les quasiparticules sont uniques car leur spin leur donne un autre degré de liberté en plus de l'électricité, les rendant plus sensibles à de nombreuses propriétés et leur permettant d'être manipulées de différentes manières.

« En raison de ce degré de liberté supplémentaire, on peut coupler les quasiparticules à d'autres degrés de liberté. Par exemple, nous pouvons appliquer la lumière et voir la réponse de celle-ci en fonction de la rotation. Nous pouvons appliquer la température et voir quels seront les changements par rapport au spin. Nous pouvons appliquer un aimant et voir la réponse par rapport à la rotation et des choses comme ça, " dit Romero. " Parce que nous avons ce nouveau degré de liberté, le tour, nous avons de la place à explorer. Nous pouvons explorer toutes les combinaisons possibles de ces atomes pour voir lesquelles seront stables, et nous pouvons étendre nos recherches pour réaliser de nouveaux appareils."

La technologie émergente qui utilise les concepts des fermions de Weyl est souvent appelée Welytronics. Cette technologie promet de produire des appareils beaucoup plus rapides et plus économes en énergie par rapport aux appareils électroniques existants.

"Tout ce que nous avons, des ampoules aux voitures en passant par les ordinateurs, est basé sur la technologie électronique où nous utilisons des électrons massifs et lents. Dans la nouvelle technologie Weyltronics, nous utilisons les nouvelles caractéristiques des fermions de Weyl sans masse, qui conduisent l'électricité beaucoup plus rapidement et efficacement par rapport aux électrons normaux, " a déclaré Singh. " Étant donné que cette technologie est encore à un stade précoce, il est difficile d'imaginer tous les dispositifs possibles que l'on puisse concevoir à l'aide des fermions de Weyl. Cependant, certaines applications majeures possibles de cette technologie pourraient inclure des commutateurs ultrarapides, transistors de spin, dispositifs logiques, capteurs de champs électriques et magnétiques et ordinateurs quantiques."