Um tipo particular de partícula elementar, os férmions de Weyl, foram descobertos pela primeira vez há alguns anos. A especialidade deles:eles se movem através de um material de uma maneira bem ordenada que praticamente nunca os deixa colidir uns com os outros e, portanto, são muito eficientes em termos energéticos. Isso abre possibilidades intrigantes para a eletrônica do futuro. Até agora, Os férmions de Weyl só foram encontrados em certos materiais não magnéticos. Agora, no entanto, pela primeira vez, cientistas do Instituto Paul Scherrer PSI provaram experimentalmente sua existência em outro tipo de material:um paramagneto com flutuações magnéticas lentas intrínsecas. Esta descoberta também mostra que é possível manipular os férmions de Weyl com pequenos campos magnéticos, potencialmente permitindo seu uso em spintrônica, um desenvolvimento promissor em eletrônica para uma nova tecnologia de computador. Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista científica Avanços da Ciência .

Entre as abordagens que podem abrir o caminho para a eletrônica com eficiência energética do futuro, Os férmions de Weyl podem desempenhar um papel intrigante. Encontrado experimentalmente apenas dentro de materiais como as chamadas quase-partículas, eles se comportam como partículas que não têm massa. Predito teoricamente em 1929 pelo matemático Hermann Weyl, sua descoberta experimental por cientistas da PSI veio apenas em 2015. Até agora, Os férmions de Weyl só foram observados em certos materiais não magnéticos. Agora, no entanto, uma equipe de cientistas do PSI junto com pesquisadores nos EUA, China, A Alemanha e a Áustria também os encontraram em um material paramagnético específico. Esta descoberta pode trazer um uso potencial de férmions de Weyl na tecnologia de computador do futuro um passo mais perto.

Procurando flutuações magnéticas lentas

"A parte difícil, "diz Junzhang Ma, pesquisador pós-doutorado no PSI e primeiro autor do novo estudo, "era identificar um material magnético adequado para procurar esses férmions de Weyl." Por anos, embora a suposição teórica aceita fosse que em certos materiais magnéticos férmions de Weyl poderiam existir por si próprios, ainda faltavam provas experimentais disso, apesar dos esforços consideráveis ​​de vários grupos de pesquisa em todo o mundo. A equipe de cientistas do PSI teve então a ideia de voltar sua atenção para um grupo específico de materiais magnéticos:paramagnetos com flutuações magnéticas lentas.

"Em materiais paramagnéticos específicos, essas flutuações magnéticas intrínsecas podem ser suficientes para criar um par de férmions de Weyl, "diz Ming Shi, que é professor no mesmo grupo de pesquisa de Ma:o Grupo de Espectroscopia de Materiais Novos. "Mas entendemos que as flutuações tinham que ser lentas o suficiente para que os férmions de Weyl aparecessem. identificar qual material poderia ter flutuações magnéticas suficientemente lentas tornou-se nosso principal desafio. "

Uma vez que o tempo característico das flutuações magnéticas não é uma característica que pode ser verificada em uma obra de referência para cada material, os pesquisadores demoraram algum tempo e esforço para encontrar um material adequado para o experimento. A análise de modelos em física teórica também feita no PSI os ajudou a identificar um candidato promissor com flutuações magnéticas lentas:o material com a notação química EuCd ₂ Como ₂ :Európio-cádmio-arsênico. E realmente, neste material paramagnético, os cientistas foram capazes de provar experimentalmente os férmions de Weyl.

Medições com múons e raios-x

Os cientistas usaram duas das grandes instalações de pesquisa de PSIs para seus experimentos:primeiro, eles empregaram a Swiss Muon Source (SμS) para medir e caracterizar melhor as flutuações magnéticas de seu material. Subseqüentemente, eles visualizaram os férmions de Weyl com um método de espectroscopia de raios-X no Swiss Light Source SLS.

"O que provamos aqui é que os férmions de Weyl podem existir em uma gama mais ampla de materiais do que se pensava anteriormente, "diz Junzhang Ma. A pesquisa dos cientistas, assim, amplia significativamente a gama de materiais considerados viáveis ​​na busca de materiais adequados para a eletrônica do futuro. Dentro de uma área de desenvolvimento chamada spintrônica, Os férmions de Weyl poderiam ser usados ​​para transportar informações com uma eficiência muito maior do que a alcançada pelos elétrons na tecnologia atual.