Físicos da West Virginia University descobriram uma maneira de controlar uma partícula quântica recém-descoberta, potencialmente levando a computadores mais rápidos e outros dispositivos eletrônicos.

Férmions de Weyl, quasipartículas sem massa cuja existência foi prevista em 1930 pelo matemático H. Weyl, foram detectados pela primeira vez em cristais sólidos por três grupos de pesquisa independentes em 2015.

Logo após a detecção experimental, WVU físico teórico Aldo Romero, um professor associado de teoria e computação da matéria condensada, e o aluno de doutorado em física Sobhit Singh, propôs uma forma de obter controle sobre a dinâmica dessas quasipartículas:criando-as em pares. A teoria deles, publicado em Revisão Física B , foi confirmado em um experimento realizado de forma independente publicado em Avanços da Ciência no início deste ano.

"Acho que não apenas nós, mas todas as agências nos EUA reconhecemos que essa pesquisa tem um futuro muito brilhante, "Romero disse." A ideia não é apenas ser capaz de encontrar novos materiais, mas desenvolver dispositivos para usar essas propriedades. "

Essas quasipartículas sempre aparecem em pares. Eles podem ser movidos e manipulados de maneira controlada quando um acoplamento entre a simetria do cristal e o campo elétrico é explorado. Singh compara o acasalamento a uma dança.

"Isso é algo como uma dança, onde cada casal se apresenta de acordo com as batidas, ritmo da música e os passos desse estilo de dança específico, "Singh disse." Em cristais, a interação entre o spin e os movimentos orbitais dos elétrons, ou o acoplamento spin-órbita, toca a batida. Um campo elétrico externo atua como música, e as simetrias do cristal governam o possível movimento dos elétrons. Um par de férmions de Weyl forma o casal dançando. "

As quasipartículas são únicas porque seu spin lhes dá outro grau de liberdade além da eletricidade, tornando-os mais sensíveis a muitas propriedades e permitindo que sejam manipulados de diferentes maneiras.

"Por causa desse grau adicional de liberdade, podemos acoplar as quasipartículas a outros graus de liberdade. Por exemplo, podemos aplicar luz e ver a resposta dela com base no spin. Podemos aplicar a temperatura e ver quais serão as mudanças em relação ao spin. Podemos aplicar um ímã e ver a resposta em relação ao spin e coisas assim, "Romero disse." Porque temos este novo grau de liberdade, o giro, temos espaço para explorar. Podemos explorar todas as combinações possíveis desses átomos para ver quais serão estáveis, e podemos expandir nossa pesquisa para desenvolver novos dispositivos. "

A tecnologia emergente que utiliza os conceitos de férmions de Weyl costuma ser chamada de Welytronics. Essa tecnologia promete produzir dispositivos muito mais rápidos e com maior eficiência energética em comparação com os dispositivos eletrônicos existentes.

"Tudo o que temos, de lâmpadas a carros e computadores, é baseado na tecnologia eletrônica onde usamos elétrons massivos e lentos. Na nova tecnologia Weyltronics, utilizamos os novos recursos dos férmions de Weyl sem massa, que conduzem eletricidade de forma muito mais rápida e eficiente em comparação com os elétrons normais, "Singh disse." Uma vez que esta tecnologia ainda está em um estágio inicial, é difícil imaginar todos os dispositivos possíveis que alguém pode projetar usando férmions de Weyl. Contudo, algumas das principais aplicações possíveis desta tecnologia podem incluir interruptores ultrarrápidos, transistores de spin, dispositivos lógicos, sensores de campo elétrico e magnético e computadores quânticos. "