PRX: новая частица имеет массу только при движении в одном направлении

Физики из Университета Пенсильвании и Колумбийского университета обнаружили полудираковские фермионы — квазичастицы, которые обладают массой при движении в одном направлении, но остаются безмассовыми при движении в другом. Работа опубликована в журнале Physical Review X (PRX).

Полудираковские фермионы были впервые теоретически предсказаны 16 лет назад.

Они обладают необычным свойством: при движении в одном направлении ведут себя как безмассовые частицы (к примеру, фотоны), а при изменении направления на перпендикулярное приобретают массу. Этот феномен обусловлен квантовыми взаимодействиями электронов внутри материала.

В новом исследовании ученые обнаружили эти частицы при помощи магнитооптической спектроскопии. Для этого они направляли инфракрасный свет на кристалл ZrSiS, охлажденный до -268 °C и подвергали его воздействию мощного магнитного поля. Оказалось, что энергетические уровни электронов внутри материала под действием поля изменяются необычным образом, что и стало доказательством существования полудираковских фермионов.

ZrSiS — слоистый материал, подобный графиту, а при помощи новых частиц его можно разделить на тончайшие слои, как графен. Такая технология открывает новый путь к созданию материалов с уникальными электрическими и оптическими свойствами.

Ученые сообщают, что полностью объяснить поведение полу-дираковских фермионов пока невозможно, но это лишь вдохновляет их на дальнейшие исследования.