Quasiteilchen mit wunderbaren Eigenschaften

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Die erst im vergangenen Jahr entdeckten masselosen Weyl-Fermionen bewegen sich in Materialien praktisch ohne Widerstand. Nun zeigen Forscher einen Weg, wie sie in elektronischen Bauteilen den Energiehunger dämpfen könnte.

85 Jahre lang waren sie nur Theorie, letztes Jahr wurden sie erstmals nachgewiesen, und jetzt sollen sie als eine Art masseloser Elektronen Karriere machen. Die Rede ist von Weyl-Fermionen, genannt nach dem deutschen Physiker Hermann Weyl.

Im Gegensatz zu „wirklichen“ Teilchen können diese Quasiteilchen nur im Inneren von bestimmten Materialien existieren. Dort entstehen sie – vergleichbar mit Wellen auf einer Wasseroberfläche – durch die Bewegung der Elektronen. Die Wellen würden ohne das Wasser nicht existieren. Gleichzeitig ist ihre Bewegung aber unabhängig von der Bewegung des Wasserkörpers darunter.

Die exotischen Teilchen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und übertragen im Gegensatz zu Elektronen Informationen reibungslos. Was sie interessant für elektronische Bauteile macht, denn die würden dann deutlich weniger Energie verbrauchen als heutige Chips.

Weyl-Fermionen mit Materialvorlieben

Forschende des Paul Scherrer Institut (PSI) haben nun im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit gezeigt, dass es Materialien gibt, in denen nur eine Art Weyl-Fermion existiert. Das ist für den Einsatz in elektronischen Bauteilen entscheidend. Nur so kann nämlich der Fluss der Teilchen im Material gezielt gesteuert werden.

Dann bewegen sich die Weyl-Fermionen so gut wie ungestört durch das Material, spüren also praktisch keinen Widerstand. Wie ein Auto auf einer Autobahn, auf der alle ungehindert in der selben Richtung unterwegs sind. Der Elektronenfluss in heutigen Chips entspricht hingegen an eine Fahrt in der Innenstadt, wo Autos aus verschiedenen Richtungen einander behindern.

Bislang wurden Materialien untersucht, in denen stets mehrere Arten von Weyl-Fermionen auftraten,  die sich auf unterschiedliche Weise bewegten. Nun haben die Forscher mit einer Verbindung aus Tantal und Phosphor (TaP) ein Material vorgestellt, in dem nur ein Typ Weyl-Fermion vorkommt.

 

 

Weyl-Fermionen Gerd Altmann/Pixabay

Neue exotische Teilchen könnten Grundlage energiesparender Elektronik bilden. (Bild: Gerd Altmann/Pixabay).