O esquema de um isolador de axion à base de semimetal de Weyl. Crédito:Johannes Gooth
Cientistas do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos em Dresden, Universidade de Princeton, a Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, e a Universidade da Academia Chinesa de Ciências identificou uma partícula notoriamente evasiva:o axion, previsto pela primeira vez há 42 anos como uma partícula elementar em extensões do modelo padrão da física de partículas. Os resultados dos experimentos são publicados em Natureza .
A equipe encontrou assinaturas de partículas de axion compostas de elétrons do tipo Weyl (férmions de Weyl) no semimetal de Weyl correlacionado (TaSe 4 ) 2 I. Em temperatura ambiente, (TaSe 4 ) 2 I é um cristal unidimensional no qual a corrente elétrica é conduzida por férmions de Weyl. Contudo, por resfriamento (TaSe 4 ) 2 Eu abaixo de -11 graus C, esses férmions de Weyl se condensam em um cristal, uma chamada "onda de densidade de carga, "que distorce a estrutura cristalina subjacente dos átomos. Os férmions de Weyl inicialmente livres estão agora localizados e o semimetal de Weyl inicial (TaSe 4 ) 2 Eu me torno um isolante axion. Semelhante à existência de elétrons livres em cristais atômicos metálicos, o cristal de onda de densidade de carga semimetal de Weyl hospeda axions que podem conduzir corrente elétrica. Contudo, tais axions se comportam de maneira bem diferente dos elétrons. Quando exposto a campos elétricos e magnéticos paralelos, eles produzem uma contribuição positiva anômala para a condutividade magnetoelétrica.
Com base nas previsões do grupo de Andrei Bernevig na Universidade de Princeton, o grupo de Claudia Felser em Dresden produziu o metalóide Weyl de onda de densidade de carga (TaSe 4 ) 2 Eu e investiguei a condução elétrica neste material sob a influência de campos elétricos e magnéticos. Os pesquisadores descobriram que a corrente elétrica neste material abaixo de -11 graus C é, na verdade, transportada por partículas de axion. "É muito surpreendente que os materiais que pensamos conhecer de repente mostrem partículas quânticas tão interessantes, "diz Claudia Felser, um dos principais autores do artigo.
Examinar as novas propriedades das partículas de áxions em experimentos de mesa pode permitir que os cientistas entendam melhor o misterioso reino das partículas quânticas, e abrir o campo de materiais topológicos altamente correlacionados. "Outro alicerce para o meu sonho de toda a vida de realizar ideias da física astronômica e de alta energia com experimentos de mesa em sólidos, "diz Johannes Gooth.
