Cvasiparticulele numite semifermioni Dirac prezintă un comportament particular: în funcție de direcția de mișcare, par să aibă sau să nu aibă masă.
Cvasiparticulele sunt entități colective din materiale solide, care se comportă similar particulelor reale, deși nu sunt particule fundamentale precum electronii.
Semifermionul Dirac, o particulă teoretică, se poate comporta ca o particulă cu masă, limitată în viteză, sau ca o particulă fără masă, deplasându-se cu viteza luminii, asemenea unui foton.
Acest comportament neobișnuit are potențialul de a genera materiale cu proprietăți noi, utile în electronică, energie și medicină. Descoperirea a fost făcută în cadrul unui studiu asupra materialului semimetalic ZrSiS, condus de profesorul asistent de fizică Yinming Shao de la Penn State.
Prin spectroscopie magneto-optică, o metodă ce combină lumina infraroșie și câmpuri magnetice puternice, cercetătorii au analizat răspunsul electronilor din ZrSiS la energia luminii.
S-a observat un comportament anormal al nivelurilor de energie ale electronilor, atribuit prezenței semifermionilor Dirac. În timpul mișcării prin material, cvasiparticulele păreau să-și piardă masa în funcție de direcția de deplasare.
Experimentele au fost efectuate la temperaturi extrem de scăzute, apropiate de zero absolut, și în câmpuri magnetice intense, de 900.000 de ori mai puternice decât câmpul magnetic al Pământului. Această descoperire are potențialul de a duce la crearea de materiale mai eficiente.
Comportamentul directional al semifermionilor Dirac ar putea îmbunătăți performanța bateriilor și a senzorilor din dispozitivele de înaltă tehnologie. Proprietățile acestor particule sunt similare cu cele ale grafenului, material utilizat în ecrane tactile, supercondensatori și celule solare.
Controlul proprietăților semifermionilor Dirac ar putea permite proiectarea de noi materiale stratificate cu structură precisă. Aplicațiile potențiale se extind și în medicină, prin dezvoltarea de dispozitive biomedicale ultrasensibile, în sisteme de stocare a energiei și în calculatoare cuantice.
Deși semifermionii Dirac au fost observați, înțelegerea completă a comportamentului lor, inclusiv interacțiunea cu alte particule și manipularea proprietăților lor, necesită cercetări suplimentare.
Oamenii de știință investighează mecanismele care determină mișcarea cu sau fără masă a acestor cvasiparticule în funcție de direcție.
Cercetările actuale se află în stadiu incipient, dar se așteaptă ca descoperirile viitoare să permită exploatarea acestui fenomen pentru crearea de materiale noi, mai eficiente.
Descoperirea semifermionilor Dirac ilustrează potențialul științei fundamentale de a genera inovații tehnologice cu impact major în diverse sectoare.
