Um método para observar uma nova classe de materiais topológicos, chamados de semimetais de Weyl, foi desenvolvido por pesquisadores da Penn State, MIT, Tohoku University, Japão e Instituto de Ciências da Indonésia. As propriedades eletrônicas incomuns do material podem ser úteis na eletrônica do futuro e na física quântica.

"Os semimetais de Weyl são interessantes porque seu transporte de elétrons mostra algum comportamento incomum, "diz Shengxi Huang, professor assistente de engenharia elétrica, Estado de Penn. "Por exemplo, eles podem mostrar magnetorresistência negativa, o que significa que quando você aplica um campo magnético, a resistência cai. Com muitos materiais convencionais, isso aumenta."

Em semimetais Weyl, a estrutura da banda eletrônica é diferente do normal. Os elétrons têm quiralidade, significando "lateralidade". A quiralidade está conectada ao spin e à direção de viagem dos elétrons. Elétrons com quiralidade esquerda viajam na direção oposta de seu spin, enquanto os elétrons com quiralidade correta viajam na mesma direção de seu spin.

"Normalmente, um material teria algum tipo de conservação, por exemplo, conservação de neutralidade de carga - ou seja, se você tivesse um certo número de cargas negativas, você teria o mesmo número de cargas positivas, "de acordo com Kunyan Zhang, Aluno de pós-graduação de Huang e autor principal em um artigo na revista Revisão Física B . "De forma similar, você também teria normalmente o mesmo número de elétrons destros que os canhotos. Mas este não é o caso neste material e isso parece impulsionar novas propriedades de transporte de elétrons. "

A equipe decidiu usar a luz para estudar o comportamento peculiar dos elétrons porque é simples de usar e mais fácil do que construir dispositivos sofisticados. A luz interage com os elétrons e também com a rede, fazendo com que os átomos vibrem, criando fônons. Os fônons e elétrons interagem e os sinais Raman - a diferença entre o laser e a luz espalhada - podem mostrar o comportamento incomum dos elétrons.

O principal resultado do trabalho dos pesquisadores é mostrar que a simetria do material está quebrada. Em princípio, este material cristalino deve ter simetria quádrupla, o que significa que quando o cristal é girado 90 graus, a propriedade é exatamente a mesma. Contudo, neste estudo, se o semimetal Weyl for girado 90 graus, há um desvio da simetria.

Além disso, este material deve mostrar três picos no espectro Raman, mas em uma excitação de luz vermelha de 633 nanômetros, um pico está faltando. Isso é peculiar, de acordo com os pesquisadores. A explicação está na estrutura de bandas do semimetal de Weyl. Quando os elétrons interagem com a luz, eles absorvem energia suficiente para saltar para um estado superior. Em semimetais Weyl, existem muitos estados superiores muito próximos uns dos outros. A interação entre os elétrons que saltam para duas bandas adjacentes pode quebrar a simetria.

Neste tipo de material, os elétrons podem fluir sem qualquer retrodispersão sob certas condições, tornando-o uma boa plataforma para a eletrônica do futuro. Também há uma conexão com a computação quântica, já que um material que não se espalha tem potencial para ser usado em qubits quânticos.

“Oferecemos à comunidade um método simples para entender o comportamento eletrônico deste material, "Huang concluiu." E este método pode ser generalizado. "

Próximo, a equipe tentará estudar as interações fônon / elétron a uma temperatura reduzida, abaixo de 10 Kelvin, onde o comportamento deve ser bem diferente.