几年前首次发现了一种特殊的基本粒子Weyl费米子。它们的特点是：它们以有序的方式穿过材料，几乎不会让它们相互碰撞，因此非常节能。这为未来的电子产品开辟了有趣的可能性。到目前为止，Weyl费米子只在某些非磁性材料中被发现。然而，现在，Paul Scherrer研究所PSI的科学家们第一次在实验上证明了它们存在于另一种材料中：具有内在缓慢磁性波动的顺磁体。这一发现还表明，可以用小磁场操纵Weyl费米子，有可能将它们用于自旋电子学，这是一种在电子学中用于新型计算机技术的有希望的发展。科学进步。
在可能为未来的节能电子设备铺平道路的方法中，Weyl 费米子可以起到一个有趣的作用。实验上仅在材料内部发现所谓的准粒子，它们表现得像没有质量的粒子。数学家Hermann Weyl在理论上于1929年对其进行了预测，他们在PSI的科学家们的实验发现仅在2015年出现。到目前为止，Weyl费米子仅在某些非磁性材料中被观察到。然而，现在，PSI的一个科学家小组与美国，中国，德国和奥地利的研究人员一起发现它们是一种特殊的顺磁材料。这一发现可能使Weyl费米子在未来计算机技术中的潜在用途更近一步。
寻找缓慢的磁波动
PSI的博士后研究员，这项新研究的第一作者马骏章表示，“困难的部分是找到合适的磁性材料来寻找这些Weyl费米子”。多年来，尽管公认的理论假设是，在某些磁性材料中，Weyl费米子本身可以存在，但尽管全球多个研究小组付出了相当大的努力，但实验证明仍然存在。然后PSI的科学家团队将他们的注意力转向一组特定的磁性材料：具有缓慢磁性波动的顺磁体。
“在特定的顺磁性材料中，这些内在的磁性波动足以产生一对Weyl费米子，”Ming Shi说，他是同一研究小组的教授：Ma：Novel Materials Group的光谱学。“但我们知道波动必须足够缓慢以便Weyl费米子出现。从这一点来看，确定哪种材料可能具有足够缓慢的磁波动成为我们的主要挑战。”
由于磁波动的特征时间不是可以在每种材料的参考工作中检查的特征，因此研究人员花了一些时间和精力为他们的实验找到合适的材料。在PSI中进行的理论物理模型分析帮助他们找到了一个具有缓慢磁波动的有希望的候选物：具有化学符号EuCd 2 As 2：铕 - 镉 - 砷的材料。事实上，在这种顺磁材料中，科学家们能够通过实验证明Weyl费米子。
用Muons和X射线测量
科学家们使用两个PSI大型研究设施进行实验：首先，他们使用瑞士Muon源(SμS)来测量和更好地表征其材料的磁波动。随后，他们在瑞士光源SLS上用X射线光谱法观察了Weyl费米子。
“我们在这里证明的是，Weyl费米子可以存在比以前想象的更广泛的材料，”Junzhang Ma说。因此，科学家的研究显着拓宽了在寻找适合未来电子学的材料时可行的材料范围。在称为自旋电子学的发展领域中，Weyl费米子可用于传输信息，其效率远高于当今技术中电子所获得的效率。