I fisici della West Virginia University hanno scoperto un modo per controllare una particella quantistica appena scoperta, potenzialmente portando a computer più veloci e altri dispositivi elettronici.

fermioni di Weyl, quasiparticelle senza massa che si prevedeva esistessero nel 1930 dal matematico H. Weyl, sono stati rilevati per la prima volta in cristalli solidi da tre gruppi di ricerca indipendenti nel 2015.

Subito dopo quella scoperta sperimentale, Fisico teorico della WVU Aldo Romero, un professore associato di teoria e calcolo della materia condensata, e dottoranda in fisica Sobhit Singh, ha proposto un modo per ottenere il controllo sulla dinamica di queste quasiparticelle:creandole a coppie. La loro teoria, pubblicato in Revisione fisica B , è stato confermato in un esperimento eseguito indipendentemente pubblicato in Progressi scientifici all'inizio di quest'anno.

"Penso che non solo noi, ma tutte le agenzie negli Stati Uniti abbiano riconosciuto che questa ricerca ha un futuro molto luminoso, " ha detto Romero. "L'idea non è solo essere in grado di trovare nuovi materiali, ma sviluppare dispositivi per utilizzare tali proprietà".

Queste quasiparticelle appaiono sempre in coppia. Possono essere spostati e manipolati in modo controllato quando si sfrutta un accoppiamento tra la simmetria del cristallo e il campo elettrico. Singh paragona l'accoppiamento a una danza.

"Questo è qualcosa come una danza, dove ogni coppia si esibisce secondo i battiti, ritmo della musica e dei passi di quello specifico stile di danza, " Singh ha detto. "In cristalli, l'interazione tra lo spin e il moto orbitale degli elettroni, o l'accoppiamento spin-orbita, suona il ritmo. Un campo elettrico esterno funge da musica, e le simmetrie dei cristalli governano il possibile moto degli elettroni. Una coppia di fermioni di Weyl forma la coppia danzante."

Le quasiparticelle sono uniche perché il loro spin conferisce loro un altro grado di libertà oltre all'elettricità, rendendoli più sensibili a molte proprietà e permettendo loro di essere manipolati in modi diversi.

"A causa di questo ulteriore grado di libertà, possiamo accoppiare le quasiparticelle ad altri gradi di libertà. Per esempio, possiamo applicare la luce e vederne la risposta in base alla rotazione. Possiamo applicare la temperatura e vedere quali saranno i cambiamenti rispetto allo spin. Possiamo applicare un magnete e vedere la risposta rispetto alla rotazione e cose del genere, " disse Romero. "Poiché abbiamo questo nuovo grado di libertà, la rotazione, abbiamo spazio da esplorare. Possiamo esplorare tutte le possibili combinazioni di quegli atomi per vedere quali saranno stabili, e possiamo espandere la nostra ricerca per realizzare nuovi dispositivi."

La tecnologia emergente che utilizza i concetti dei fermioni di Weyl viene spesso definita Welytronics. Questa tecnologia promette di produrre dispositivi molto più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai dispositivi elettronici esistenti.

"Tutto quello che abbiamo, dalle lampadine alle automobili ai computer, si basa sulla tecnologia elettronica in cui utilizziamo elettroni massicci e lenti. Nella nuova tecnologia Weyltronics, utilizziamo le nuove caratteristiche dei fermioni di Weyl senza massa, che conducono l'elettricità molto più velocemente ed efficientemente rispetto ai normali elettroni, " Singh ha detto. "Dal momento che questa tecnologia è ancora in una fase iniziale, è difficile immaginare tutti i possibili dispositivi che si possono progettare usando i fermioni di Weyl. Però, alcune delle principali possibili applicazioni di questa tecnologia potrebbero includere switch ultraveloci, transistor di spin, dispositivi logici, sensori di campo elettrico e magnetico e computer quantistici".