Un método para observar una nueva clase de materiales topológicos, llamados semimetales de Weyl, fue desarrollado por investigadores de Penn State, MIT, Universidad de Tohoku, Japón y el Instituto de Ciencias de Indonesia. Las inusuales propiedades electrónicas del material podrían ser útiles en la electrónica futura y en la física cuántica.

"Los semimetales de Weyl son interesantes porque su transporte de electrones muestra un comportamiento inusual, "dice Shengxi Huang, profesor asistente de ingeniería eléctrica, Penn State. "Por ejemplo, pueden mostrar magnetorresistencia negativa, lo que significa que cuando aplicas un campo magnético, la resistencia cae. Con muchos materiales convencionales, incrementa."

En semimetales Weyl, la estructura de la banda electrónica es diferente de la normal. Los electrones tienen quiralidad, que significa "mano derecha". La quiralidad está relacionada con el giro y la dirección de viaje de los electrones. Los electrones con quiralidad izquierda viajan en la dirección opuesta a su espín, mientras que los electrones con quiralidad derecha viajan en la misma dirección de su espín.

"Normalmente, un material tendría algún tipo de conservación, por ejemplo, conservación de la neutralidad de carga, es decir, si tuviera un cierto número de cargas negativas, tendría la misma cantidad de cargas positivas, "según Kunyan Zhang, Estudiante de posgrado de Huang y autor principal de un artículo en la revista. Revisión física B . "Similar, normalmente también tendrías el mismo número de electrones diestros que zurdos. Pero este no es el caso de este material y eso parece impulsar nuevas propiedades de transporte de electrones ".

El equipo decidió utilizar la luz para estudiar el comportamiento peculiar de los electrones porque es simple de usar y más fácil que construir dispositivos sofisticados. La luz interactúa con los electrones y también con la red, haciendo que los átomos vibren, creando fonones. Los fonones y los electrones interactúan y las señales Raman (la diferencia entre el láser y la luz dispersa) pueden mostrar el comportamiento inusual de los electrones.

El principal resultado del trabajo de los investigadores es mostrar que la simetría del material está rota. En principio, este material cristalino debe tener una simetría cuádruple, lo que significa que cuando el cristal se gira 90 grados, la propiedad es exactamente la misma. Sin embargo, en este estudio, si el semimetal Weyl se gira 90 grados, hay una desviación de la simetría.

Además, este material debe mostrar tres picos en el espectro Raman, pero en una excitación de luz roja de 633 nanómetros falta un pico. Eso es peculiar según los investigadores. La explicación radica en la estructura de bandas del semimetal de Weyl. Cuando los electrones interactúan con la luz, absorben suficiente energía para saltar a un estado superior. En semimetales Weyl, hay muchos estados superiores muy cercanos entre sí. La interacción entre los electrones que saltan a dos bandas adyacentes puede romper la simetría.

En este tipo de material, los electrones pueden fluir sin retrodispersión bajo ciertas condiciones, lo que lo convierte en una buena plataforma para la electrónica del futuro. También hay una conexión con la computación cuántica, ya que un material que no se dispersa tiene el potencial de ser utilizado en qubits cuánticos.

"Brindamos a la comunidad un método simple para comprender el comportamiento electrónico de este material, Huang concluyó:"Y este método se puede generalizar".

A continuación, el equipo intentará estudiar las interacciones fonón / electrón a una temperatura reducida, menos de 10 Kelvin, donde el comportamiento debería ser bastante diferente.