Odkryto przełomowy kwantowy materiał

Grupa fizyków z Rice University wspólnie z kolegami z Technische Universität Wien starała się ostatnio znaleźć rozwiązanie problemu nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, a przypadkiem udało im się odkryć zupełnie nowy topologiczny materiał kwantowy nazwany półmetalem Weyla-Kondo. Jego istnienia klasyczna fizyka nie jest w stanie wyjaśnić.

Grupa fizyków z Rice University wspólnie z kolegami z Technische Universität Wien starała się ostatnio znaleźć rozwiązanie problemu nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, a przypadkiem udało im się odkryć zupełnie nowy topologiczny materiał kwantowy nazwany półmetalem Weyla-Kondo. Jego istnienia klasyczna fizyka nie jest w stanie wyjaśnić.

Materiał dostał przydomek "kwantowy" właśnie z tego względu, że jego właściwości umykają klasycznej fizyce - potrzebne jest zaprzęgnięcie do tego celu mechaniki kwantowej. Wśród tych materiałów znajduje się święty Graal nie tylko fizyki, ale też elektroniki - nadprzewodniki wysokotemperaturowe, a więc materiały, które właściwości nadprzewodzące (a więc przewodzące prąd przy zerowej rezystancji) zachowują nie tylko w skrajnie niskich temperaturach, zbliżonych do zera bezwzględnego. Są w tej grupie też inne materiały, takie jak na przykład tzw. ciężkie fermiony (których masa efektywna jest bardzo duża - występują w nich elektrony, które zdają się posiadać masę sto razy większą niż normalnie, a do tego waha się ona bardzo w zależności od temperatury).

Nowy materiał, który składa się z bizmutu, ceru i palladu zawiera fermiony Weyla - cząstki, które teoretycznie już 80 lat temu przewidział matematyk Hermann Weyl, jednak ich istnienie potwierdzono dopiero dwa lata temu. Są one niezwykłe, bo nie posiadają masy i są bardzo ruchliwe, a to właśnie dzięki nim topologiczne przewodniki są w stanie przewodzić prąd.

Ich źródłem w nowym metariale z kolei ma być oddziaływanie pomiędzy magnetycznymi atomami, a elektronami z morza Fermiego (efekt ten odpowiada za anormalną zależność oporności w związku ze zmianami temperatury) - stąd nazwa półmetal Weyla-Kondo.

Badanie to wskazuje kierunek, w którym naukowcy mogą podążać w przyszłości poszukując silnie skorelowanych układów, dzięki czemu być może w końcu uda nam się wejść w zupełnie nową erę elektroniki - erę komputerów kwantowych.

Źródło: Rice Univeristy, Zdj.: CC0