Los estados exóticos esquivos llamados fermiones de Weyl residen en ciertos semimetales. Los semimetales conducen la electricidad como los metales, pero tienen otras propiedades que son como aislantes. Los semimetales de Weyl tienen estados electrónicos fuertemente influenciados por la simetría cristalina subyacente. Este subconjunto particular de semimetales de Weyl exhibe enormes respuestas ópticas no lineales que resultan de la flexión (o curvatura) extrema de los estados de los electrones. La imagen muestra esta curvatura, con las respuestas positivas y negativas más fuertes de color rojo y violeta, respectivamente. Las características de la curvatura se ven cerca de puntos especiales conocidos como nodos de Weyl. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
¡Ninguna teoría anterior había imaginado que las respuestas serían tan grandes! Los científicos "pincharon" tres cristales con pulsos de luz. Inesperadamente, los cristales exhibieron la mayor respuesta óptica no lineal de todos los cristales conocidos. La respuesta fue una gran cantidad de luz de diferentes colores con el doble de frecuencia del pulso. Estos cristales son miembros de una nueva clase de materiales conocidos como semimetales de Weyl.
Este trabajo desafía nuestro pensamiento sobre las respuestas ópticas en semimetales de Weyl. Esperábamos que los pulsos de luz produjeran luz de diferentes colores con el doble de frecuencia, pero no con una respuesta tan grande. ¡Se desconoce el origen de esta gigantesca respuesta! Este estudio ya está estimulando el desarrollo de teorías fundamentalmente nuevas sobre estas respuestas. Estos materiales son prometedores para sensores de penetración de paquetes, lentes de visión nocturna, y otros dispositivos.
Los fermiones de Weyl son partículas nuevas que se predijo que se verían en experimentos de física de alta energía, pero que no se han observado. Sin embargo, Los científicos observaron recientemente estas partículas como una propiedad emergente de los electrones en un conjunto único de materiales semimetálicos. Estudios recientes han demostrado que los semimetales de Weyl exhiben una respuesta óptica no lineal inesperadamente grande. Esta respuesta da lugar al mayor efecto óptico de segunda generación armónica de todos los cristales conocidos. Estas observaciones se realizaron en los sistemas de metales de transición:arseniuro de tantalio (TaAs), fosfuro de tantalio (TaP), y arseniuro de niobio (NbAs). A
Aunque estaba claro a partir de consideraciones de simetría que habría una respuesta no lineal en estos sistemas, no hubo ninguna predicción teórica que sugiriera la gran magnitud de respuesta observada. En comparación con otros cristales no lineales conocidos, la respuesta óptica no lineal en estos sistemas es mayor en factores de 10 a 100. Dada la respuesta inesperada, Los científicos anticipan que estos hallazgos estimularán el desarrollo de métodos avanzados ab initio para calcular funciones de respuesta óptica no lineal en estos materiales.
También, Se espera que los semimetales de Weyl tengan una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas como materiales que se utilizarán para el desarrollo de generadores de terahercios y detectores de radiación de infrarrojo lejano.
