Фізики спостерігали незвичайне переміщення електронів углиб кристала півметалу Вейля особливими каналами.
Дослідники з Прінстонського університету виявили дивну унікальну поведінку електронів у кристалі арсеніда тантала (TaAs), що представляє собою так званий півметал Вейля. На відміну від більшості матеріалів, в яких електрони переміщуються по поверхні, тут електрони опускалися вглиб кристала через особливі провідні канали. Це явище можливо відкриє нові перспективи в електронних технологіях. Результати дослідження опубліковані в престижному журналі Science.
У 1928 році Поль Дірак вивів своє відоме рівняння, що описує фізику частинок зі спином 1/2, які отримали назву ферміони. Саме на його основі він передбачив існування позитрона. Але виявилося, що рівняння Дірака допускає й інші рішення, які відповідають більш екзотичним частинкам. У 1929 році німецький математик Герман Вейль отримав рішення для безмасових частинок, названих ферміонами Вейля. За минулі майже 90 років їх так і не вдалося виявити як фундаментальні частинки. Однак теорія передбачала, що вони можуть існувати як квазічастинки - колективні збудження електронів у кристалах особливих півметалів, які отримали ім'я Вейля. Тільки в 2015 році дослідникам з того ж Прінстонського університету вдалося довести, що таким матеріалом є арсенід танталу.
Вейлевські ферміони становлять великий інтерес, оскільки їх безмасовість дозволить керувати ними набагато швидше, ніж звичайними електронами. Тому вейлівські півметали можуть бути використані для створення швидких електронних пристроїв. Тут треба розуміти, що електрони, зрозуміло, мають масу, а ось поведінка квазічастинки відповідно до квантових законів відповідає нульовій ефективній масі.
Крім того, вейлівські частинки топологічно захищені. Це квантове явище означає, що властивості руху цих частинок такі, що вони не можуть бути розсіяні дефектами або обуреннями середовища. Вони ніби огинають їх. А це призводить до того, що, по-перше, вони відчувають малий або взагалі нульовий (як у надпровідниках) опір. А, по-друге, їх рух дуже стабільно і не схильний до впливу шумів і дефектів матеріалу.
Саме такий незвичайний матеріал досліджували автори цієї роботи. Їм вдалося виявити ще одну його унікальну властивість. При певній швидкості і напрямку руху (імпульсі) електрони занурювалися в кристал і з'являлися на протилежній поверхні.
Дослідникам навіть вдалося отримати тривимірні картинки таких переходів за допомогою високочутливого скануючого тунельного мікроскопа, одного з небагатьох інструментів, за допомогою якого можна спостерігати електронні хвилі на поверхні кристала.
Як сказав один з авторів роботи, професор фізики Алі Яздані (Yazdani), це схоже на те, що електрони йдуть вниз по кролячій норі. В інших матеріалах нічого подібного немає.
Значення імпульсу, при яких виникає ефект (вейлівські точки, або вузли), можна розглядати як портали, де електрони переходять з однієї поверхні на протилежну. Теорія передбачає, що ці точки існують парами, так що електрон, який пішов, може повернутися через точку-партнера.
За матеріалами Принстонського університету