Immagina quanto potresti ottenere se i circuiti del tuo laptop e del tuo cellulare funzionassero 10 volte più velocemente, e la tua batteria è durata 10 volte di più, di quanto non facciano adesso.

Per comprendere la tecnologia di domani - e di oggi - devi tornare alle equazioni sviluppate dai fisici negli anni '30. Uno di questi fisici era Hermann Weyl, che nel 1937 teorizzò l'esistenza dei fermioni di Weyl, particelle prive di massa che potrebbero trasportare cariche elettriche ad alta velocità. Nessuno ha mai osservato queste particelle isolate, ma i fermioni di Weyl sono stati individuati in una classe speciale di materiali chiamati semimetalli di Weyl. Nel 2015, un gruppo di ricerca di Princeton ha scoperto che l'arseniuro di tantalio è un semimetallo Weyl, e da allora i team di tutto il mondo stanno studiando altri materiali per vedere se mostrano le proprietà previste da Weyl.

Ora, un team di ingegneri elettrici dell'Università del Delaware ha scoperto che nuovi materiali semimetallici, leghe di germanio e stagno, hanno proprietà come i semimetalli Weyl. Questo non è stato osservato prima da nessun altro gruppo di ricerca.

La squadra è guidata da James Kolodzey, Charles Black Evans Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica, che studia il flusso di corrente elettrica attraverso i materiali.

"Storicamente, gli ingegneri elettrici hanno cercato di classificare i materiali da un punto di vista elettronico e ottico, " ha detto Kolodzey.  Ad esempio, metalli come il rame e l'alluminio conducono bene l'elettricità a causa del movimento degli elettroni, le particelle subatomiche che trasportano carica elettrica. "Nei metalli, gli elettroni sono un po' sciolti e scorrono facilmente, " ha detto Kolodzey. Ecco perché il rame viene utilizzato nei cablaggi per portare l'elettricità negli edifici.

I semimetalli conducono elettricità, pure, solo non altrettanto efficiente dei metalli. Però, la corrente può muoversi più velocemente attraverso i semimetalli che attraverso i semiconduttori, i materiali come il silicio che sono comunemente usati nei chip dei computer, telefono cellulare, e altra elettronica di consumo onnipresente.

"Gli elettroni in un semimetallo Weyl sono molto veloci, 10 volte più veloce rispetto a un semiconduttore convenzionale, quindi ci aspetteremmo che i possibili circuiti Weyl abbiano velocità molto più elevate, " Egli ha detto.

Il gruppo di Kolodzey ha dimostrato che i materiali che stanno studiando, tellururo di molibdeno e leghe di stagno germanio, agiscono come semimetalli Weyl. Per esempio, sono molto sensibili alla luce che vibra secondo uno schema circolare, una proprietà dei semimetalli Weyl che potrebbe essere particolarmente utile nelle applicazioni ottiche ed elettroniche, dal telerilevamento alla medicina e altro ancora.

"All'Università del Delaware, stiamo cercando di usare l'ingegneria elettrica per realizzare cose con questi materiali, " ha detto Kolodzey. "Vogliamo applicazioni e dispositivi pratici, dai transistor ai diodi ai componenti dei circuiti integrati. Invece di usare semiconduttori, vogliamo farli con semimetalli Weyl. A differenza di tutti i semimetalli Weyl conosciuti, le leghe germanio-stagno sono compatibili con i processi di fabbricazione dei circuiti al silicio."

Questi dispositivi potrebbero, in teoria, operano ad alte velocità ma con bassi requisiti di potenza. Anche in caso di uso intenso, laptop e cellulari non si surriscaldano, e le batterie dureranno molto più a lungo di quanto non facciano ora.

I materiali studiati dal team di Kolodzey potrebbero essere utilizzati anche per ottimizzare le celle solari, che convertono l'energia luminosa in elettricità, e anche per realizzare rilevatori di luce infrarossa, per immagini termiche.