Une particule sans masse, alias Weyl fermion, prédit il y a près de 100 ans, a été trouvé dans un autre coin de la physique. Les électrons dans un semi-métal peuvent se comporter comme ces particules. Ils sont soit droitiers, soit gauchers, ce sont des images miroir comme nos mains. La théorie prévoyait que les semi-métaux de Weyl pourraient produire un courant électrique dépendant de la main en projetant une lumière infrarouge à polarisation circulaire dessus. Les scientifiques ont ensuite confirmé et mesuré ce courant. Le passage d'un feu à droite à un feu à gauche a changé le sens du courant, ce qui signifie qu'ils pourraient déterminer la latéralité de ces électrons.

La détection de la latéralité des électrons dans un semi-métal de Weyl ouvre de nouvelles possibilités expérimentales pour étudier et contrôler ces particules insaisissables sans masse et leur étrangeté quantique. Leur comportement quantique peut conduire à de nouveaux phénomènes optiques. Un exemple est celui des photocourants (courant électrique induit par la lumière). Un autre exemple est la détection de photons (paquets de lumière quantifiés) du spectre optique moyen infrarouge aux fréquences plus basses (térahertz). La détection infrarouge est vitale pour la vision nocturne et l'imagerie thermique. La détection térahertz est utile pour les appareils pénétrant les paquets. En outre, les droitiers et les gauchers dans un semi-métal pourraient être utilisés comme des zéros et des uns dans l'informatique conventionnelle. Le résultat? De nouvelles voies pour stocker et transporter des données.

Une particule insaisissable sans masse avec une charge et un spin ½, alias Weyl fermion, a été prédit il y a près de 100 ans. Elle n'a toujours pas été observée en physique des particules. Cependant, les scientifiques ont prédit et observé des électrons dans l'arséniure de tantale semi-métallique (TaAs) se comportant exactement comme la particule insaisissable. Les particules ont une latéralité déterminée selon que les directions de rotation et de mouvement de la particule sont parallèles ou antiparallèles. En d'autres termes, les électrons dans TaAs constituent une nouvelle phase topologique appelée semi-métal de Weyl. Par conséquent, les électrons dans un semi-métal de Weyl sont les frères et sœurs de basse énergie des fermions de Weyl en physique des particules. La théorie a prédit que les semi-métaux de Weyl pourraient supporter des photocourants importants en raison de la combinaison d'une brisure de symétrie spécifique, potentiel chimique fini, et les inclinaisons finies du spectre d'énergie de Weyl. Récemment, une équipe de scientifiques de plusieurs institutions a entrepris de tester cette théorie.

Dans deux publications, les scientifiques ont d'abord prédit puis rapporté l'observation optique directe du photocourant induit et donc la latéralité des fermions de Weyl dans les TaAs semi-métalliques. Dans ces expériences, les chercheurs ont observé pour la première fois que le photocourant atteint une valeur maximale pour la lumière polarisée circulairement à droite. La commutation de la lumière vers la gauche polarisée circulairement a minimisé le photocourant total. Ces observations conduiront à des expériences complémentaires, parce que la théorie suggère également que les matériaux de Weyl qui n'ont pas de point de symétrie d'inversion pourraient être utilisés pour développer des détecteurs très sensibles pour la lumière infrarouge moyen et lointain.