Estados exóticos evasivos chamados férmions de Weyl residem em certos semimetais. Os semimetais conduzem eletricidade como metais, mas têm outras propriedades que são como isolantes. Os semimetais de Weyl têm estados eletrônicos que são fortemente influenciados pela simetria do cristal subjacente. Este subconjunto particular de semimetais de Weyl exibe enormes respostas ópticas não lineares que resultam da curvatura extrema (ou curvatura) dos estados do elétron. A imagem mostra essa curvatura, com as respostas positivas e negativas mais fortes coloridas em vermelho e violeta, respectivamente. As feições na curvatura são vistas perto de pontos especiais conhecidos como nós de Weyl. Crédito:Departamento de Energia dos EUA
Nenhuma teoria anterior previa que as respostas seriam tão grandes! Os cientistas "cutucaram" três cristais com pulsos de luz. Inesperadamente, os cristais exibiram a maior resposta óptica não linear de qualquer cristal conhecido. A resposta foi uma grande quantidade de luz de cores diferentes com o dobro da frequência do pulso. Esses cristais são membros de uma nova classe de materiais conhecida como semimetais de Weyl.
Este trabalho desafia nosso pensamento sobre respostas ópticas em semimetais de Weyl. Esperávamos que os pulsos de luz produzissem luzes de cores diferentes com o dobro da frequência, mas não com uma resposta tão grande. A origem desta resposta gigantesca é desconhecida! Este estudo já está estimulando o desenvolvimento de teorias fundamentalmente novas sobre essas respostas. Esses materiais são promissores para sensores de penetração de embalagens, óculos de visão noturna, e outros dispositivos.
Os férmions de Weyl são partículas novas que foram previstas para serem vistas em experimentos de física de alta energia, mas não foram observadas. Contudo, cientistas observaram recentemente essas partículas como uma propriedade emergente dos elétrons em um conjunto único de materiais semimetais. Estudos recentes mostraram que os semimetais de Weyl exibem uma resposta óptica não linear inesperadamente grande. Esta resposta dá origem ao maior efeito de geração ótica de segundo harmônico de qualquer cristal conhecido. Essas observações foram feitas nos sistemas de metal de transição:arseneto de tântalo (TaAs), fosfeto de tântalo (TaP), e arsenieto de nióbio (NbAs). UMA
embora estivesse claro a partir de considerações de simetria que haveria uma resposta não linear nesses sistemas, não houve previsão teórica sugerindo a grande magnitude da resposta observada. Em comparação com outros cristais não lineares bem conhecidos, a resposta óptica não linear nesses sistemas é maior por fatores de 10 a 100. Dada a resposta inesperada, os cientistas prevêem que essas descobertas estimularão o desenvolvimento de métodos ab initio avançados para calcular funções de resposta óptica não linear nesses materiais.
Também, Espera-se que os semimetais de Weyl tenham uma ampla gama de aplicações optoeletrônicas como materiais a serem usados para o desenvolvimento de geradores terahertz e detectores de radiação no infravermelho distante.
