Команда обнаружила сигнатуры аксионных частиц, состоящих из электронов типа Вейля (фермионы Вейля) в коррелированном полуметалле Вейля (TaSe4) 2I. При комнатной температуре (TaSe4) 2I представляет собой одномерный кристалл, в котором электрический ток проводят фермионы Вейля.
Однако при охлаждении (TaSe4) 2I до температуры ниже -11 ° C эти фермионы Вейля сами конденсируются в кристалл – так называемая «волна зарядовой плотности», которая искажает нижележащую кристаллическую решетку атомов. Первоначально свободные фермионы Вейля теперь локализованы, и исходный полуметалл Вейля (TaSe4) 2I становится аксионным диэлектриком. Подобно существованию свободных электронов в металлических атомных кристаллах, кристалл с волной зарядовой плотности на основе полуметалла Вейля содержит аксионы, которые могут проводить электрический ток.
Однако такие аксионы ведут себя совершенно иначе, чем более известные электроны. При воздействии параллельных электрических и магнитных полей они дают аномальный положительный вклад в магнитоэлектрическую проводимость.
Основываясь на предсказаниях группы Андрея Берневига в Принстонском университете, группа Клаудии Фельзер в Дрездене создала металлоид Вейля (TaSe4) 2I с волной зарядовой плотности и исследовала электрическую проводимость в этом материале под действием электрических и магнитных полей. Было обнаружено, что электрический ток в этом материале ниже -11 ° C на самом деле переносится аксионными частицами.
Результаты экспериментов опубликованы в журнале Nature.
«Очень удивительно, что материалы, о которых мы думаем, что знаем, внезапно демонстрируют такие интересные квантовые частицы», – говорит Клаудиа Фелзер, один из ведущих авторов статьи.
Изучение новых свойств аксионных частиц в настольных экспериментах может не только позволить ученым лучше понять загадочное царство квантовых частиц, но и открыть область высококоррелированных топологических материалов.
«Еще один кирпичик в моей мечте всей жизни реализовать идеи из астрономии и физики высоких энергий с помощью настольных экспериментов с твердыми телами», – говорит Йоханнес Гот.