在科學報告發(fā)表的一項研究中，隸屬于巴西圣保羅州立大學(UNESP)的一組研究人員描述了一個重要的理論發(fā)現(xiàn)，它可能有助于量子計算和自旋電子學(自旋電子學)的發(fā)展，這是一種利用電子的新興技術。旋轉或角動量而不是電子電荷，以構建更快，更有效的設備。

該研究得到了圣保羅研究基金會-FAPESP的支持。它的主要研究人員是Antonio Carlos Seridonio，他是UNESP圣保羅州Ilha Solteira物理和化學系的教授。他的研究生Yuri Marques，Willian Mizobata和Renan Oliveira也參加了。

研究人員觀察到，當時間反轉對稱性被打破時，具有編碼信息能力的分子在稱為Weyl半金屬的系統(tǒng)中產(chǎn)生。

這些系統(tǒng)可以被認為是石墨烯的三維版本，并且與稱為Weyl 費米子的非常特殊的物體相關聯(lián)。這些是無質量的，準相對論的，手性粒子 - 準相對論，因為它們與光子(光的基本“粒子”)類似地移動，并且表現(xiàn)得好像它們是相對論的，收縮空間和擴張時間。

術語“手性”適用于不能疊加到其鏡像上的物體。球體是非手性的，但我們的左手和右手都是手性的。在Weyl費米子的情況下，手性使它們表現(xiàn)為磁單極子，不像瑣碎世界中的所有磁性物體，其表現(xiàn)為偶極子。

Weyl費米子于1929年由德國數(shù)學家，物理學家和哲學家赫爾曼威爾(Hermann Weyl，1885-1955)提出，作為狄拉克方程的可能解。由英國理論物理學家保羅狄拉克(1902-1984)制定，該方程結合了量子力學和狹義相對論的原理來描述電子，夸克和其他物體的行為。

Weyl費米子是假設實體，從未在自然界中自由觀察，但2015年進行的研究表明它們可以作為解釋某些現(xiàn)象的基礎。

類似于也解決狄拉克方程的Majorana 費米子，Weyl費米子在凝聚態(tài)分子系統(tǒng)中表現(xiàn)為準粒子。

高能物理和凝聚態(tài)物理融合的這一領域動員了大量的研究工作，不僅因為它為基礎科學的發(fā)展提供了機會，而且因為這些準粒子的特性可能有一天會被使用在量子計算中編碼信息。

在UNESP Ilha Solteira進行的這項新研究向這個方向發(fā)展。“我們的理論研究主要集中在由廣泛分離的原子組成的分子上。這些分子在Weyl環(huán)境之外是不可行的，因為原子之間的距離阻止它們形成共價鍵，從而避免共享電子。我們證明了電子散射的手性。在Weyl半金屬中，導致形成磁性化學鍵，“Seridonio說。

Weyl半金屬的實例包括砷化鉭(TaAs)，砷化鈮(NbAs)和磷化鉭(TaP)。

“在這些材料中，Weyl費米子與石墨烯中的電子具有類似的作用。然而，石墨烯是準2-D系統(tǒng)，而這些材料完全是3-D，”Seridonio說。

理論研究表明，這些系統(tǒng)中的Weyl費米子在Dirac費米子中表現(xiàn)為分裂，Dirac費米子包括所謂的標準模型的所有材料粒子，可能除了中微子。

這些分裂發(fā)生在導帶(自由電子循環(huán)的空間)接觸價帶(原子中電子的最外層)的點處。

“對稱的突破使得這一點，狄拉克節(jié)點，分裂成一對具有相反手性的Weyl節(jié)點。在我們的研究中，我們打破了時間反轉的對稱性，”Seridonio說。

時間反轉對稱性實質上意味著如果時間流逆轉，系統(tǒng)保持不變。“當這種對稱性被破壞時，得到的分子具有自旋極化軌道。”

在通常的分子系統(tǒng)中，自旋電子和自旋向下電子均勻分布在電子云中。在Weyl系統(tǒng)中不是這種情況。

“結果是一個分子，其中旋轉和旋轉電子云在空間上是不同的。這種特性可用于編碼信息，因為分子可以與二進制系統(tǒng)相關聯(lián)，二進制系統(tǒng)是信息的位或基本單位，“Seridonio說。