Observación de fermiones quirales no convencionales con arcos de Fermi largos en CoSi

Área de la Ciencia:

• Física de la materia condensada
• Los materiales cuánticos
• Física de las partículas

Sus antecedentes:

• La quiralidad es una propiedad geométrica fundamental observada en la naturaleza y definida en la teoría cuántica de campos para partículas sin masa.
• Los fermiones de Weyl, un tipo de fermión quiral sin masa, fueron predichos hace 90 años, pero siguen sin ser confirmados experimentalmente como partículas fundamentales.
• Se han propuesto análogos de fermiones de Weyl y otros fermiones quirales no convencionales en sistemas de materia condensada, pero la evidencia directa es escasa.

Objetivo del estudio:

• Para confirmar experimentalmente la existencia de fermiones quirales no convencionales más allá del Modelo Estándar en sistemas de materia condensada.
• Investigar las propiedades y características de estos nuevos fermiones quirales en un material específico.
• Para proporcionar una nueva plataforma para explorar la física de los fermiones quirales.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de fotoemisión con resolución de ángulo (ARPES) para sondear la estructura electrónica de CoSi.
• Las mediciones de ARPES se utilizaron para identificar los puntos de cruce de bandas cerca del nivel de Fermi.
• El análisis se centró en la identificación de firmas de fermiones quirales no convencionales, como los tipos de espín-1 y carga-2.

Principales resultados:

• Dos tipos de fermiones quirales no convencionales, los fermiones de espín-1 y carga-2, se observaron experimentalmente en CoSi en los puntos de cruce de bandas.
• Se identificaron arcos de Fermi gigantes que conectan las proyecciones de estos fermiones quirales, que abarcan toda la zona de Brillouin de la superficie.
• CoSi exhibe una configuración única con un solo par de nodos quirales separados por un gran espacio de impulso, lo que lleva a arcos de Fermi de superficie extremadamente largos.

Conclusiones:

• El estudio proporciona la primera evidencia experimental directa de fermiones quirales no convencionales (espín-1 y carga-2) en CoSi.
• CoSi sirve como una plataforma única para estudiar fermiones quirales debido a sus simetrías cristalinas específicas y la gran separación resultante de los nodos quirales.
• Estos hallazgos abren nuevas vías para explorar la física fundamental y las aplicaciones potenciales de los fermiones quirales.