I ricercatori hanno mostrato come i principi della relatività generale aprano la porta a nuove applicazioni elettroniche come una lente elettronica tridimensionale e dispositivi elettronici di invisibilità. In un nuovo studio finanziato dall'Accademia di Finlandia, I ricercatori della Aalto University Alex Westström e Teemu Ojanen propongono un metodo per andare oltre la relatività speciale e simulare la teoria della relatività generale di Einstein nei semimetalli Weyl disomogenei. La teoria dei metamateriali Weyl combina idee dalla fisica dello stato solido, fisica delle particelle e cosmologia e indica un modo per fabbricare materiali metallici di design in cui i portatori di carica si muovono come particelle nello spazio-tempo curvo.

I ricercatori propongono metamateriali Weyl, una generalizzazione dei semimetalli Weyl, che consentono nuovi tipi di dispositivi elettronici attraverso l'ingegneria della geometria.

"I sistemi che abbiamo introdotto offrono un percorso per far muovere i portatori di carica come se vivessero in una geometria curva, fornire un laboratorio da tavolo per simulare la fisica quantistica dello spazio curvo e alcuni fenomeni cosmologici, " spiega Alex Westström.

I semimetalli Weyl sono un esempio di materiali quantistici scoperti di recente che hanno ricevuto molta attenzione. I portatori di carica in questi materiali si comportano come se fossero particelle prive di massa che si muovono alla velocità della luce.

"Abbiamo scoperto che i metamateriali Weyl possono fungere da piattaforma per dispositivi elettronici esotici come la lente elettronica 3-D, dove le traiettorie dei portatori di carica sono focalizzate in modo molto simile a fasci di luce in una lente ottica, " dice Teemu Ojanen.

La conduzione elettrica nei semimetalli di Weyl riflette la fisica della teoria della relatività speciale di Einstein. Tuttavia, la relatività ristretta presuppone anche un'assenza di gravità, che Einstein ha formulato come una geometria dello spazio-tempo.

La teoria dei metamateriali Weyl apre anche la strada a applicazioni elettroniche fondamentalmente nuove, ad esempio, lo sviluppo di dispositivi elettronici di invisibilità. L'idea chiave alla base delle potenziali applicazioni è una geometria curva creata artificialmente, che piega il movimento dei portatori di carica in modo controllato.

"In ottica, è noto da secoli che la luce sceglie sempre la traiettoria più rapida. Nella geometria curva, il percorso più veloce non sembra una linea retta per chi guarda dall'esterno. La funzionalità dei dispositivi di invisibilità ottica, dove i raggi di luce aggirano un oggetto nascosto, si basa infatti sull'applicazione della geometria dello spazio curvo. Sarebbe una svolta nella ricerca fondamentale per ottenere una funzionalità simile nei sistemi elettronici, "Ojanen aggiunge.