Quantistica

February 20, 2025
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presentiamo oggi un lavoro recente del NS amico J Harvey del nostro gruppo BigONe
 
Il futuro delle tecnologie quantistiche – Applicazioni direzionali perpendicolari: Massive to Matterless
 
Massa direzionale e proprietà senza massa della sottoclasse di particelle appena scoperte……
Applicazioni quantistiche Meta-Materiali: tecnologie di viaggio spaziale senza massa e comunicazione.
I semimetalli topologici con fermioni Dirac senza massa e Weyl rappresentano l’avanguardia nella ricerca dei materiali quantistici.
Una particolare classe di fermioni privi di massa in una direzione e massicci in direzione perpendicolare è stata rilevata e osservata in vari stati.
Queste quasiparticelle altamente esotiche, i fermioni semi-dirac, hanno acceso un intenso interesse teorico e sperimentale.
Utilizzando la spettroscopia magneto-ottica, abbiamo dimostrato la caratteristica determinante dei fermioni semi-dirac, scala B2/3 dei livelli di Landau, in un prototipico ZrSiS metallico.
Nei metalli topologici, compreso ZrSiS, le linee nodali estendono le degenerazioni della banda da punti isolati a linee, anelli o persino catene nello spazio di momento.
Con i calcoli ab initio e la modellazione teorica, individuiamo lo spettro semi-dirac osservato ai punti di incrocio delle linee nodali in ZrSiS.
Le linee nodali che attraversano mostrano uno spettro di assorbimento continuo ma con singolarità che scalano come B2/3 al passaggio.
Il nostro lavoro fa luce sulle quasiparticelle nascoste che emergono dall’intricata topologia dell’attraversamento delle linee nodali e evidenzia il potenziale di esplorare la geometria quantistica con risposte ottiche lineari.
Tra le quasiparticelle emergenti, spiccano i fermioni semi-dirac.
Nei sistemi 2D, si pensa che queste quasiparticelle esotiche abbiano massa in una direzione, ma siano prive di massa in direzione perpendicolare.
Questi particolari fermioni hanno finora evitato il rilevamento nei materiali solidi.
Qui presentiamo prove sperimentali della caratteristica determinante dei fermioni semi-dirac nei campioni del metallo ZrSiS.
In un metallo tipico, la presenza di un campo magnetico esterno induce il moto ciclotrone degli elettroni, e la conseguente energia ciclotrone scala linearmente con la forza del campo magnetico.
Nel grafene, la presenza di fermioni di Dirac senza massa porta ad un’energia ciclotrona che scala con la radice quadrata del campo.
Si prevede che i fermioni semi-dirac abbiano una risposta diversa: la loro energia ciclotrona scala con la potenza dei due terzi del campo.
Le proposte iniziali per realizzare i fermioni semi-dirac richiedono l’allungamento del grafene fino a quando i suoi due punti Dirac, caratteristiche nella struttura della banda energetica che indicano la presenza dei fermioni Dirac, si fondono nello spazio del momento.
Tuttavia, il grafene monolayer si rompe prima di raggiungere il livello di ceppo desiderato.
In ZrSiS, l’estensione continua dei punti di Dirac nello spazio di momento, nota come linea nodale, offre emozionanti opportunità di realizzare fermioni semi-dirac.
Attraverso la spettroscopia magnetoinfrarosso ad alta precisione, osserviamo prove convincenti del comportamento di due terzi della legge di potere dell’energia ciclotrona con campo magnetico.
Combinando questi risultati con calcoli e modellazione, identifichiamo fermioni semi-dirac presso speciali incroci di linee nodali in ZrSiS.
Questi attraversamenti facilitano la fusione dei punti Dirac senza la necessità di un grande ceppo irrealistico richiesto nel grafene.
Il nostro lavoro fa luce sulle quasiparticelle nascoste che emergono dall’intricata topologia e geometria dell’attraversamento delle linee nodali.
Usando la spettroscopia a livello Landau, abbiamo scoperto i fermioni semi-dirac all’interno di ZrSiS sotto campi magnetici in piano
I nostri risultati dimostrano un nuovo effetto di campo magnetico in ZrSiS non esplorato in precedenti esperimenti con campi magnetici fuori piano.
In contrasto con l’aspettativa convenzionale degli elettroni 2D sulla superficie o sull’interfaccia di un materiale stratificato, i fermioni semi-dirac osservati risiedono all’interno di piani perpendicolari agli strati atomici di ZrSiS e provengono dalle vicinanze dei punti in cui le linee nodali si incrociano.
Il punto di passaggio delle linee nodali in ZrSiS offre una piattaforma unica e generica per realizzare fermioni semi-dirac attraverso la fusione di tre punti Dirac.
I nostri scoperti fanno avanzare la comprensione degli elettroni 2D esotici nei cristalli naturali alla rinfusa, stabiliscono l’esistenza di nuove quasiparticelle associate all’attraversamento delle linee nodali nello spazio del momento e aprono nuove direzioni nell’esplorazione della geometria quantistica e degli effetti topologici nei metalli.
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