Dans une découverte révolutionnaire, des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie et de l'Université de Columbia ont observé directement des fermions semi-Dirac, un type de quasiparticule théorisée il y a 16 ans. C'est la première fois que ces particules énigmatiques, qui présentent une masse effective dans une direction et aucune dans l'autre, ont été vues. Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review X.
Ces fermions semi-Dirac remettent en question la compréhension conventionnelle de la masse des particules. Selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, tout objet se déplaçant à la vitesse de la lumière ne peut posséder de masse. Cependant, dans certains matériaux solides, les comportements collectifs des particules peuvent mener à l'émergence de quasiparticules qui se comportent différemment en fonction de leur direction de mouvement.
La découverte a été faite accidentellement en utilisant une technique appelée spectroscopie magnético-optique. Les chercheurs ont appliqué une lumière infrarouge brillante à un matériau de couleur argentée sous un champ magnétique fort, révélant les propriétés uniques de ces quasiparticules. Le chercheur principal, Yinming Shao, a déclaré : "Nous ne cherchions même pas un fermion semi-Dirac lorsque nous avons commencé à travailler avec ce matériau ; nous cherchions des signatures que nous ne comprenions pas. Il s'est avéré que ces signatures étaient en effet la première observation de ces quasiparticules, qui se comportent parfois comme si elles avaient une masse et d'autres fois comme si elles n'en avaient pas."
Notamment, les fermions semi-Dirac ont été observés dans un matériau connu sous le nom de ZrSiS, qui a une structure en couches semblable à celle du graphite. L'équipe croit qu'une fois qu'elle aura déterminé comment isoler une seule couche de ce composé, elle pourrait exploiter les capacités des fermions semi-Dirac, permettant potentiellement un contrôle précis de leurs propriétés similaire à l'utilisation du graphène dans l'électronique.
Bien que cette observation initiale ouvre des perspectives passionnantes, de nombreuses questions demeurent concernant le comportement de ces particules. Les implications de cette recherche vont au-delà de la physique théorique, suggérant des applications potentielles dans les dispositifs électroniques et les technologies quantiques.