Фермион Вейля

12.03.2016

В августе 2015 г. журнал Science опубликовал статью международной группы ученых из США, Китая, Сингапура и Тайваня о первом наблюдении квазичастицы под названием «фермион Вейля» (Discovery of a Weyl fermion semimetal and topological Fermi arcs. Science, v. 349, No. 6248, 613-617 (2015)).Открытие новой субатомной частицы произошло не в ускорителе частиц – оно было сделано в синтетическом кристалле, Вейлевские квазичастицы ученые обнаружили в экспериментах по прохождению света через одну из форм кристаллов арсенида тантала (соединения мышьяка и тантала). Направляя на арсенид тантала электромагнитные пучки (рентгеновские и ультрафиолетовые), физики проанализировали прошедший сквозь него луч, физические свойства которого позволили авторам заключить, что внутри кристалла существуют возбуждения решетки, проявляющие себя как вейлевские квазичастицы. Они ведут себя как безмассовые электроны, намного более подвижны и почти не взаимодействуют друг с другом. Ученые считают, что новая частица может привести к появлению сверхбыстрой электроники и продвинуть нас еще глубже в мир квантовых вычислений.

Фермионы Вейля представляют собой фундаментальные частицы, существование которых впервые было предсказано Германом Вейлем (Hermann Weyl) еще в 1929 году, однако экспериментально эти частицы до 2015 г. не наблюдались. Теоретически фермионы Вейля можно детектировать в материалах, известных как «полуметаллы Вейля» (Weyl semimetals), в которых выполняются определенные условия симметрии строения и другие условия. До 2015 г. исследователям не удавалось получить даже полуметалл Вейля, поскольку для того чтобы достичь необходимой электронной структуры обычно требуется весьма тонкая подстройка химического состава материала. Тем не менее, в начале 2015 г. две исследовательские группы независимо друг от друга предсказали, что арсенид тантала должен обладать свойствами полуметалла Вейля (Phys. Rev. X 5, 011029, 2015; Nature Communications 6, 7373, 2015). 

Фермионы Вейля с успехом могут заменить электроны в электрических цепях. В отличие от электронов они не подвержены так называемому обратному рассеянию, при котором частица наталкивается на препятствие и теряется для тока, вдобавок генерируя тепло. Фермионы же Вейля просто проходят сквозь это препятствие, словно не замечая его, либо обтекают его.

Справка. Частицы с полуцелым спином называются фермионами и подчиняются статистике Ферми, согласно которой данное состояние может занимать не более,чем один фермион. Частицы с целым спином называются бозонами и подчиняются статистике Бозе, согласно которой данное состояние может занимать произвольное количество бозонов. 

 

 

Вернуться к списку анонсов