Un physicien observe le premier monopôle magnétique de Weyl non apparié


Un physicien observe le premier monopôle magnétique de Weyl non apparié

Les 37 points de Weyl non appariés dans l’ réciproque 3D de GaPt et la composante du de courbure de Berry (analogue au champ magnétique) dans le plan kz = 0. Crédit photo : Dr. Ma Junzhang

Semblable à un aimant qui a toujours à la fois des pôles sud et nord, des quasiparticules spéciales appelées « fermions de Weyl » apparaissent toujours par paires avec une chiralité opposée dans la matière condensée. Il n’y avait aucun rapport expérimental indiquant que des points de Weyl non appariés existaient dans la matière condensée jusqu’à récemment, un de la City University de Hong Kong (CityU) a observé le premier monopôle magnétique de Weyl singulier non apparié dans un type particulier de solide monocristallin.

Les travaux de recherche ont été menés conjointement par le Dr. Ma Junzhang, professeur assistant au département de physique de CityU, et scientifiques associés de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et de l’Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse. Il a été publié en Communication nature, avec le titre « Observation d’un point de Weyl singulier entouré de parois nodales chargées en PtGa. »

« Notre groupe est le premier à voir et à enregistrer un monopôle magnétique de Weyl non apparié dans l’expérience. Les résultats ouvrent une nouvelle voie pour rechercher les propriétés topologiques des monopôles magnétiques de Weyl non appariés dans les solides, ce qui permettra de mieux comprendre la physique topologique de base. et l’utilisation de semi-métaux de Weyl en spintronique », a déclaré le Dr Ma.

Points de Weyl : propriétés similaires pour les monopôles magnétiques

Dans le monde réel, un aimant doit avoir un pôle sud et un pôle nord en même temps. Les théories physiques modernes suggèrent l’existence d’un monopôle magnétique, c’est-à-dire une unité élémentaire quantique de l’aimant à un seul pôle. Cependant, à ce jour, il n’existe aucune preuve expérimentale ou observationnelle connue de l’existence de monopôles magnétiques. Trouver un magnétique était un rêve pour la communauté de la physique moderne.

De même, les points de Weyl dans la matière condensée (y compris le cristal semi-métallique) ont des propriétés similaires aux monopôles magnétiques. « C’est pourquoi les points de Weyl dans la matière condensée sont également appelés monopôles magnétiques de Weyl », explique le Dr. Maman

Mais il y a une différence pour les points Weyl basée sur les perceptions de nombreux physiciens. Il est largement admis que l’existence d’un monopole magnétique de Weyl non apparié dans les solides est impossible en raison du théorème de Nielsen-Ninomiya no-go bien connu. Par conséquent, on suppose que les monopôles magnétiques de Weyl dans les semi-métaux devraient toujours apparaître par paires avec des charges opposées dans l’espace de quantité de mouvement 3D. Et les projections des monopôles à la surface du monocristal doivent toujours être reliées par un état conducteur, les arcs de Fermi, qui agit comme un canal électronique à travers lequel les électrons peuvent être transportés.

Un physicien observe le premier monopôle magnétique de Weyl non apparié

Observation expérimentale d’un monopôle magnétique non apparié dans l’espace énergie-impulsion du PtGa. Crédit photo : Dr. Ma Junzhang

Pas un précédent expérimental réussi

Des efforts théoriques considérables ont été faits pour rechercher des monopôles de Weyl non appariés au-delà de ce théorème d’interdiction, mais aucune expérience réussie n’a été rapportée dans le passé. De nombreux scientifiques pensaient qu’une telle « substance non appariée » était difficile à dans les solides monocristallins.

Mais Dr. Maman n’y a pas pensé. Il a recherché des milliers de connexions dans la base de données et a finalement que quelques dizaines d’entre elles étaient des candidats potentiels pour le monopole de Weyl non apparié. Ses suggestions ont été faites par les collègues théoriques Dr. Wu Quansheng et le professeur Oleg Yazyev soutenus par l’EPFL. Puis une équipe s’est constituée autour du Dr. Ma et le professeur Shi Ming du PSI ont réalisé une série d’expériences de photoémission à la source de lumière synchrotron suisse du PSI et ont démontré avec succès les idées de base.

En combinant des expériences de spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES) avec des calculs théoriques fonctionnels de densité, l’équipe de recherche a montré pour la première fois que des monopôles de Weyl non appariés peuvent se produire dans différents composés. En étudiant le candidat prometteur, le cristal semi-métallique platine-gallium (PtGa), l’équipe de recherche a identifié 37 monopôles de Weyl dans l’espace de quantité de mouvement et a découvert que le système hébergeait 37 points de Weyl avec une charge +1 ou -1, qu’ils détiennent. empêcher couple ensemble.

Ils ont également montré expérimentalement pour la première fois que des monopôles magnétiques non appariés peuvent exister dans l’espace de quantité de mouvement d’un solide sans arc de Fermi de surface. La géométrie du point de Weyl non apparié est très différente de celle des semi-métaux de Weyl normaux, de sorte que les propriétés devraient changer de manière significative dans ce nouveau type de matériaux, définissant un nouveau domaine d’étude.

Une nouvelle direction de recherche

Dr. Ma pense que la découverte révolutionnaire du monopole magnétique non apparié de Weyl peut fournir de nouvelles informations sur la physique de base du monopole magnétique de Weyl dans la matière condensée. Et les propriétés spéciales du monopole magnétique de Weyl, telles qu’une mobilité électronique élevée, une réaction spéciale à un champ magnétique externe et un faible taux de chaleur, pourraient en faire un bon candidat pour les appareils informatiques spintroniques tels que les ordinateurs quantiques et l’informatique neuromorphique à l’avenir.


Criblage à haut débit pour les semi-métaux Weyl avec symétrie S4


Plus d’information:
J.-Z. Ma et al., Observation d’un point de Weyl singulier entouré de parois nodales chargées en PtGa, Communication nature (2021). DOI : 10.1038 / s41467-021-24289-0

Fourni par l’Université de la ville de Hong Kong

Citation: Physicist observe le premier monopole magnétique non apparié de Weyl (2021, 14 septembre), consulté le 18 septembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-09-physicist-unpaired-weyl-magnetic-monopole.html

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