Физики исследуют неуловимые частицы высокой энергии в кристалле: экзотический металл демонстрирует поведение, которое может привести к созданию новых инфракрасных детекторов.

Физики группируют все элементарные частицы в природе в две категории, фермионы и бозоны, в соответствии с их свойством, называемым спином. Фермионы, в свою очередь, бывают трех типов: дираковские, майорановские и вейлевские. Фермионы Дирака включают электроны в обычных металлах, таких как медь или золото. Два других — нетрадиционные частицы, которые могут дать начало странной и принципиально новой физике, которая потенциально может быть использована для создания более эффективных схем и других устройств.

Фермион Вейля был впервые теоретизирован почти столетие назад немецким физиком Германом Вейлем. Несмотря на то, что его существование считается частью уравнений, которые образуют широко принятую Стандартную модель субатомной физики, фермионы Вейля никогда не наблюдались экспериментально. Теория предсказывает, что они должны двигаться со скоростью света и в то же время вращаться вокруг направления движения.

Они бывают двух видов в зависимости от того, вращаются ли они вокруг направления движения по часовой стрелке или против часовой стрелки. Это свойство известно как хиральность или хиральность фермионов Вейля.

Хотя фермионы Вейля никогда не наблюдались напрямую, исследователи недавно наблюдали явление, которое имитирует существенные аспекты их теоретических свойств, в классе нетрадиционных металлов, известных как полуметаллы Вейля. Оставалась еще одна проблема — экспериментально измерить хиральность этих фермионов Вейля, которые ускользнули от обнаружения с помощью большинства стандартных экспериментальных методов.В статье, опубликованной в журнале Nature Physics, команда Массачусетского технологического института смогла измерить хиральность фермионов Вейля с помощью циркулярно поляризованного света.

Эту работу выполнили постдоки Массачусетского технологического института Цюн Ма и Су-Ян Сюй; профессора физики Нух Гедик, Пабло Харилло-Эрреро и Патрик Ли; и восемь других исследователей из Массачусетского технологического института и других университетов США, Китая и Сингапура.В частности, исследователи обнаружили, что металл, называемый арсенидом тантала, или TaAs, «проявляет интересное оптоэлектронное свойство, называемое круговым фотогальваническим эффектом», — говорит Гедик, доцент кафедры физики. Обычно электрическая проводимость требует приложения внешнего напряжения на двух концах металла (например, меди). В отличие от этого, в этой работе исследователи обнаружили, что, излучая циркулярно поляризованный свет в среднем инфракрасном диапазоне длин волн, TaAs могут производить электрический ток без приложения внешнего напряжения.

Более того, направление тока определяется хиральностью фермионов Вейля и может быть переключено путем изменения поляризации света с левой на правую.Сила тока, генерируемого таким образом, оказывается на удивление большой — от 10 до 100 раз сильнее, чем отклик других материалов, используемых для обнаружения такого рода света. Это может сделать материал полезным для чрезвычайно чувствительных световых приемников в этой средней инфракрасной части спектра.«Несмотря на то, что это было предсказано давно, фермионы Вейля никогда не наблюдались как фундаментальная частица в физике элементарных частиц», — объясняет Гедик.

Но новые эксперименты, по его словам, показали, что в этих нетрадиционных металлах обычные электроны «могут вести себя странным образом, так что их движение имитирует поведение фермионов Вейля», и могут проявлять ряд новых свойств.За годы, прошедшие с момента появления первоначальной гипотезы Вейля, «многие люди подозревали, что нейтрино были фермионами Вейля», — говорит Сюй.

Нейтрино — это субатомные частицы, которые летят через Вселенную почти со скоростью света, и долгое время считалось, что они вообще не имеют массы, как и предполагаемые фермионы Вейля. Но затем, когда было обнаружено, что нейрино действительно имеют крошечную, но измеримую массу, эта возможность была исключена, а настоящие фермионы Вейля так и не наблюдались. «Но то, как поведение электронов в полуметаллах, таких как TaAs, близко имитирует то, что было предсказано для фермионов Вейля, подтверждает первоначальную теорию Вейля», — говорит Ма.По словам Ма, электроны «могут вести себя как фермионы Вейля в этих металлах». «Они всегда идут парами, у которых всегда противоположная хиральность».В то время как другие наблюдали некоторые из необычного поведения электронов в этих материалах, никому ранее не удавалось исследовать ключевой аспект фермионов Вейля, а именно их левый или правый спин.

Но в этом исследовании «мы выяснили способ измерения хиральности», — говорит Сюй, — используя свет с круговой поляризацией для запуска электрического тока и показывая, что противоположные поляризации света заставляют ток двигаться в противоположных направлениях. Измеряя ток с помощью электродов, прикрепленных к материалу для различной поляризации света, они смогли определить хиральность фермионов Вейля, ответственных за этот ток.


8 комментариев к “Физики исследуют неуловимые частицы высокой энергии в кристалле: экзотический металл демонстрирует поведение, которое может привести к созданию новых инфракрасных детекторов.”

  1. Булатов Рюрик

    Только наверно не арку дружбы народов, а тех чудиков что под ней.

  2. Сомкина Александра

    А как это повлияет на цену нефти в сторону уменьшения ))))

  3. Трусов Николай

    Да хватит, хватит. Ты за нас не переживай так, просто ржи там себе и всё.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.