Un tipo particular de partícula elemental, los fermiones de Weyl, fueron descubiertos por primera vez hace unos años. Su especialidad:se mueven a través de un material de una manera bien ordenada que prácticamente nunca los deja colisionar entre sí y, por lo tanto, es muy eficiente energéticamente. Esto abre posibilidades interesantes para la electrónica del futuro. Hasta ahora, Los fermiones de Weyl solo se habían encontrado en ciertos materiales no magnéticos. Ahora sin embargo, Por primera vez, Los científicos del Instituto Paul Scherrer PSI han probado experimentalmente su existencia en otro tipo de material:un paramagnet con fluctuaciones magnéticas lentas intrínsecas. Este hallazgo también muestra que es posible manipular los fermiones de Weyl con pequeños campos magnéticos, potencialmente permitiendo su uso en espintrónica, un desarrollo prometedor en electrónica para tecnología informática novedosa. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista científica. Avances de la ciencia .

Entre los enfoques que podrían allanar el camino hacia la electrónica energéticamente eficiente del futuro, Los fermiones de Weyl podrían desempeñar un papel intrigante. Encontrado experimentalmente solo dentro de materiales como las llamadas cuasi-partículas, se comportan como partículas sin masa. Predicho teóricamente en 1929 por el matemático Hermann Weyl, su descubrimiento experimental por científicos de PSI solo se produjo en 2015. Hasta ahora, Los fermiones de Weyl solo se habían observado en ciertos materiales no magnéticos. Ahora sin embargo, un equipo de científicos de la ISP junto con investigadores de EE. UU., Porcelana, Alemania y Austria también los encontraron en un material paramagnético específico. Este descubrimiento podría acercar un paso más el uso potencial de los fermiones de Weyl en la tecnología informática del futuro.

Buscando fluctuaciones magnéticas lentas

"La parte difícil, "dice Junzhang Ma, investigador postdoctoral en PSI y primer autor del nuevo estudio, "fue identificar un material magnético adecuado en el que buscar estos fermiones de Weyl". Durante años, aunque la suposición teórica aceptada había sido que en ciertos materiales magnéticos los fermiones de Weyl podían existir por sí mismos, Aún faltaba una prueba experimental de esto a pesar del considerable esfuerzo de varios grupos de investigación en todo el mundo. El equipo de científicos de PSI tuvo entonces la idea de centrar su atención en un grupo específico de materiales magnéticos:paramagnetos con fluctuaciones magnéticas lentas.

"En materiales paramagnéticos específicos, Estas fluctuaciones magnéticas intrínsecas podrían ser suficientes para crear un par de fermiones Weyl, "dice Ming Shi, quien es profesor en el mismo grupo de investigación que Ma:el Grupo de Espectroscopía de Materiales Nuevos. "Pero comprendimos que las fluctuaciones tenían que ser lo suficientemente lentas para que aparecieran los fermiones de Weyl. A partir de este momento, identificar qué material podría tener fluctuaciones magnéticas suficientemente lentas se convirtió en nuestro principal desafío ".

Dado que el tiempo característico de las fluctuaciones magnéticas no es un rasgo que pueda comprobarse en un trabajo de referencia para cada material, A los investigadores les llevó algo de tiempo y esfuerzo encontrar un material adecuado para su experimento. El análisis de modelos en física teórica también realizado en PSI les ayudó a identificar un candidato prometedor con fluctuaciones magnéticas lentas:el material con la notación química EuCd ₂ Como ₂ :Europio-Cadmio-Arsénico. Y de hecho, en este material paramagnético, los científicos pudieron probar experimentalmente los fermiones de Weyl.

Mediciones con Muones y Rayos X

Los científicos utilizaron dos de las grandes instalaciones de investigación de PSI para sus experimentos:Primero, emplearon Swiss Muon Source (SμS) para medir y caracterizar mejor las fluctuaciones magnéticas de su material. Después, visualizaron los fermiones de Weyl con un método de espectroscopía de rayos X en el Swiss Light Source SLS.

"Lo que hemos demostrado aquí es que los fermiones de Weyl pueden existir en una gama más amplia de materiales de lo que se pensaba anteriormente. ", dice Junzhang Ma. La investigación de los científicos amplía así significativamente la gama de materiales considerados viables en la búsqueda de materiales adecuados para la electrónica del futuro. Dentro de un área de desarrollo llamada espintrónica, Los fermiones de Weyl podrían usarse para transportar información con una eficiencia mucho mayor que la lograda por los electrones en la tecnología actual.