В области квантовой физики произошло значимое открытие, связанное с обнаружением необычных квазичастиц. Ученые смогли подтвердить существование полудираковских фермионов, которые были теоретически предсказаны шестнадцать лет назад. Эти особые частицы способны изменять свою массу в зависимости от направления движения. Их обнаружение произошло случайно в процессе исследования слоистого материала, сообщает Physical Review X.
Исследователям уже были известны дираковские фермионы, найденные в графене – одноатомном слое углерода. Эти квазичастицы демонстрируют поведение, схожее с безмассовыми частицами, двигающимися на околосветовых скоростях. В 2008-2009 годах ученые выдвинули гипотезу о существовании полудираковских фермионов, обладающих уникальным свойством – они ведут себя как безмассовые частицы при движении в одном направлении, но приобретают массу при движении в перпендикулярном направлении.
Группа физиков из Пенсильванского и Колумбийского университетов обнаружила эти частицы в топологическом полуметалле цирконий-силицид-сульфиде. Для исследования они применили метод магнитно-оптической спектроскопии, охладив образец практически до абсолютного нуля и поместив его в сверхмощное магнитное поле, превышающее земное в 900 тысяч раз.
Внутри исследуемого материала были обнаружены особые нодальные линии – цепочки пересечений энергетических уровней. В точках пересечения этих линий возникают уникальные энергетические структуры, превращающие электронные состояния в полудираковские фермионы, демонстрирующие различное поведение в зависимости от координат.
Это открытие может стать основой для создания инновационных квантовых устройств и материалов с необычными оптическими свойствами. Ученые продолжат исследования взаимодействия этих квазичастиц для разработки новых электронных компонентов с уникальными характеристиками.
