Nyupptäckt semi-Dirac-fermion: masslös i en riktning, med massa i en annan riktning

StockholmForskare har upptäckt en ny typ av partikel kallad semi-Dirac fermion. Den här partikeln beter sig som om den inte har någon massa när den rör sig i en viss riktning, men verkar ha massa i en annan riktning. De upptäckte denna partikel i en kristall gjord av ett halvmetallmaterial kallat ZrSiS. Denna upptäckt kan bidra till förbättringar av teknologier som batterier och sensorer.

Den halv-Dirac fermionen förutspåddes för över tio år sedan och förväntades ha unika masskarakteristika beroende på riktning. Forskare har nu lyckats observera detta fenomen genom att använda en teknik som kallas magnetooptisk spektroskopi. Denna metod går ut på att belysa ett material med infrarött ljus i ett starkt magnetfält och studera det ljus som reflekteras tillbaka.

Upptäckten av semi-Dirac fermioner i ZrSiS:

• Blir masslösa när de rör sig i en rak linje.
• Får massa när de rör sig i en vinkelrät riktning.
• Studerade med hjälp av magneto-optisk spektroskopi.
• Genomfördes vid National High Magnetic Field Laboratory.

Läs också:

3 februari 2025 · 01:32

Förhistorisk blyförorening avslöjar samhällsförändringar i Antikens Grekland och romersk tid.

ZrSiS är ett skiktat material, liknande grafit. Denna struktur kan möjliggöra att det delas i enskilda lager. Om dessa lager kan separeras framgångsrikt, kan egenskaperna hos semi-Dirac-fermioner utnyttjas med en precision som liknar grafen.

Semi-Dirac fermioner fungerar på ett sätt som liknar grundläggande kvantmekanik. De visar hur energi och massa är relaterade, som beskrivet av Einsteins speciella relativitetsteori. När dessa partiklar befinner sig i starka magnetfält kan deras energi bilda specifika nivåer kallade Landau-nivåer. I denna studie betedde de sig dock annorlunda än väntat och följde ett mönster känt som "B^(2/3) lag".

Denna upptäckt avslöjar en ny typ av partikel och antyder att det fortfarande finns många okända detaljer. Att använda och kontrollera semi-Dirac fermioner kan ha betydande tillämpningar, särskilt inom materialvetenskap. Trots att upptäckten är viktig finns det fortfarande många obesvarade frågor om dessa partiklar som kräver ytterligare forskning och undersökning.