Lo schema di un isolante assionico a base di semimetallo Weyl. Credito:Johannes Gooth
Scienziati dell'Istituto Max Planck di fisica chimica dei solidi di Dresda, Università di Princeton, l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, e l'Università dell'Accademia cinese delle scienze hanno individuato una particella notoriamente sfuggente:l'assione, previsto per la prima volta 42 anni fa come particella elementare nelle estensioni del modello standard della fisica delle particelle. I risultati degli esperimenti sono pubblicati in Natura .
Il team ha trovato firme di particelle di assioni composte da elettroni di tipo Weyl (fermioni di Weyl) nel semimetallo Weyl correlato (TaSe 4 ) 2 I. A temperatura ambiente, (TaSe 4 ) 2 I è un cristallo unidimensionale in cui la corrente elettrica è condotta da fermioni di Weyl. Però, per raffreddamento (TaSe 4 ) 2 I sotto -11 gradi C, questi stessi fermioni di Weyl si condensano in un cristallo, una cosiddetta "onda di densità di carica, " che distorce il sottostante reticolo cristallino degli atomi. I fermioni di Weyl inizialmente liberi sono ora localizzati e il semimetallo di Weyl iniziale (TaSe 4 ) 2 Divento un isolante di assioni. Simile all'esistenza di elettroni liberi nei cristalli atomici metallici, il cristallo a onda densità di carica a base semimetallica di Weyl ospita assioni che possono condurre corrente elettrica. Però, tali assioni si comportano in modo molto diverso dagli elettroni. Quando esposto a campi elettrici e magnetici paralleli, producono un anomalo contributo positivo alla conducibilità magnetoelettrica.
Sulla base delle previsioni del gruppo di Andrei Bernevig all'Università di Princeton, il gruppo di Claudia Felser a Dresda ha prodotto l'onda di densità di carica metalloide di Weyl (TaSe 4 ) 2 Ho studiato la conduzione elettrica in questo materiale sotto l'influenza di campi elettrici e magnetici. I ricercatori hanno scoperto che la corrente elettrica in questo materiale al di sotto di -11 gradi C è effettivamente trasportata da particelle di assioni. "È molto sorprendente che i materiali che pensiamo di conoscere mostrino improvvisamente particelle quantistiche così interessanti, "dice Claudia Felser, uno dei principali autori dell'articolo.
L'esame delle nuove proprietà delle particelle di assioni in esperimenti da tavolo potrebbe consentire agli scienziati di comprendere meglio il misterioso regno delle particelle quantistiche, e aprire il campo dei materiali topologici altamente correlati. "Un altro elemento costitutivo del mio sogno di una vita di realizzare idee dalla fisica astronomica e delle alte energie con esperimenti da tavolo nei solidi, "dice Johannes Gooth.
