Учёные неожиданно обнаружили частицу с необычным поведением: она имеет массу, двигаясь в одном направлении, но теряет её, когда меняет траекторию. Эти странные частицы, названные полудираковскими фермионами, были теоретически предсказаны 16 лет назад, но обнаружить их удалось только сейчас, в материале под названием ZrSiS — соединении циркония, кремния и серы.
Открытие началось с изучения квазичастиц — коллективного поведения множества частиц внутри твердого материала. Ведущий автор исследования Иньмин Шао рассказал: «Мы не искали полудираковские фермионы, но обнаружили их, исследуя свойства ZrSiS. Это как найти сокровище, о котором даже не подозревали».
Суть феномена связана с уравнением Эйнштейна, связывающим энергию и массу. Частицы, которые движутся со скоростью света, не могут обладать массой. Но если скорость падает, масса появляется. В случае с полудираковскими фермионами это зависит от направления их движения: по одной траектории они движутся как свет, а по другой сталкиваются с сопротивлением и приобретают массу.
Эта особенность связана со структурой кристаллов ZrSiS. В определённых направлениях квазичастицы движутся легко, словно «скользя» по материалу, но при смене направления они как бы «спотыкаются» о внутреннее сопротивление.
Первоначально исследователи изучали, как электроны реагируют на свет в ZrSiS. Они заметили аномальные закономерности, усиливающиеся в магнитном поле, что стало сигналом присутствия полудираковских фермионов. Хотя пока это фундаментальное открытие, учёные уверены, что материал можно будет использовать, как графен, — тонкий слой ZrSiS может оказаться революционным.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review X. Открытие не только подтверждает теорию, но и задаёт новые вопросы, ответ на которые может изменить подход к созданию сверхсовременных материалов.
