Российские ученые теоретически обосновали необычное поведение электронов в трехмерных аналогах графена, что открывает дорогу для создания сверхбыстрой и экономичной электроники, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review В.
В 1929 году немецкий математик Герман Вейль изучал свежие на тот момент уравнения, выведенные Полем Дираком для описания манеры движений и поведения электрона, позитрона и других жителей микромира, ведущих себя одновременно как волна и частица.
Вейль обнаружил, что данные формулы допускают существование крайне экзотических частиц, не обладающих массой и движущихся со скоростью света и по особым законам, не совместимым с физикой того времени. После того, как физики начали всерьез воспринимать расчеты Вейля, они долгое время считали, что подобными частицами являются нейтрино, которые до экспериментов конца прошлого века считались безмассовыми.
Лишь недавно ученые нашли аналоги этих частиц внутри особых материалов, которые называются "вейлевскими полуметаллами". По своей сути эти материалы представляют собой трехмерные аналоги графена, электроны в которых, как и в самом "нобелевском углероде", ведут себя как фермионы Вейля – они не обладают массой, но имеют заряд.
Жанна Девизорова и Владимир Волков из МФТИ в Долгопрудном объяснили, почему электроны движутся необычным образом в поверхностных слоях подобных "полуметаллов", никогда не сталкиваясь друг с другом и проявляя другие необычные свойства.
Как рассказывают ученые, обычно свойства подобных структур рассчитываются при помощи компьютеров, используя фундаментальные законы физики и принципы поведения частиц в микромире. Подобный подход работает очень хорошо, но он не позволяет понять, как именно ведут себя электроны и почему они приобретают те необычные свойства, которые характерны для фермионов Вейля.
Волков и Девизорова вывели набор уравнений, который описывает поведение двух соседних "ячеек" в подобном материале. Их можно просчитать "вручную", что приближает ученых к пониманию природы подобных частиц и позволяет приступить к поискам методов их применения на практике.
Как отмечает пресс-служба МФТИ, вейлевские полуметаллы могут оказаться чрезвычайно полезными при создании сверхбыстрой электроники. Сейчас разрабатывается, пока теоретически, новое поколение электронных приборов на основе вейлевских полуметаллов.
Аналитический подход, разработанный учеными из МФТИ, позволяет сравнительно просто учитывать то, как магнитные и электрические поля влияют на поведение частиц в таких материалах. Это существенно облегчит создание и улучшение первых прототипов вычислительных устройств на их базе.