As leis da mecânica quântica permitem a existência de 'quase-partículas':excitações em materiais que se comportam exatamente como partículas comuns. Uma grande vantagem das quase-partículas em relação às partículas comuns é que suas propriedades podem ser projetadas. Em um Materiais da Natureza Artigo de notícias e visualizações desta semana, O físico IoP Erik van Heumen descreve experimentos recentes em que até mesmo as interações entre quase-partículas podem ser ajustadas.

Nos últimos anos, o ramo matemático da topologia, estudando as formas das coisas, e o ramo físico da física da matéria condensada, estudando o comportamento de sólidos e fluidos, fundiram-se em um novo campo de pesquisa excitante:o de materiais topológicos. Um dos aspectos mais interessantes desse campo combinado é o surgimento de quase-partículas exóticas:distúrbios locais em materiais que se comportam exatamente como partículas. Que tais quase-partículas podem existir, já era conhecido a partir da descrição quântica de materiais simples. O que a combinação com a topologia oferece é um conjunto totalmente novo de tais partículas, conhecido, por exemplo, como férmions de Dirac e Weyl, axions e monopólos magnéticos.

Interações de engenharia

Livrando-se das regras estritas para partículas comuns ditadas pela natureza, os pesquisadores ganham controle sobre as propriedades das quase-partículas por meio de uma escolha cuidadosa dos materiais usados ​​para gerá-las. Um desejo que tem estado no topo da lista é encontrar materiais nos quais o tipo e a intensidade das interações entre quase-partículas possam ser ajustados.

Recentemente, foi descoberta uma família de materiais que apresentam átomos dispostos em uma chamada rede kagome. Em seu artigo 'Notícias e Visualizações', Erik van Heumen descreve experimentos, relatado na última edição de Materiais da Natureza , que sugerem a formação nestes materiais de uma chamada 'onda de densidade de fluxo', uma excitação que fornece a primeira confirmação das previsões teóricas de que esses materiais poderiam hospedar quase-partículas que interagem exoticamente. O fato de que essas interações sintonizáveis ​​entre quase-partículas em materiais podem agora ser criadas em laboratório é uma grande promessa para estudos futuros de materiais topológicos.