时间对称性的中断产生可以编码信息的分子

在科学报告发表的一项研究中，隶属于巴西圣保罗州立大学(UNESP)的一组研究人员描述了一个重要的理论发现，它可能有助于量子计算和自旋电子学(自旋电子学)的发展，这是一种利用电子的新兴技术。旋转或角动量而不是电子电荷，以构建更快，更有效的设备。

该研究得到了圣保罗研究基金会-FAPESP的支持。它的主要研究人员是Antonio Carlos Seridonio，他是UNESP圣保罗州Ilha Solteira物理和化学系的教授。他的研究生Yuri Marques，Willian Mizobata和Renan Oliveira也参加了。

研究人员观察到，当时间反转对称性被打破时，具有编码信息能力的分子在称为Weyl半金属的系统中产生。

这些系统可以被认为是石墨烯的三维版本，并且与称为Weyl 费米子的非常特殊的物体相关联。这些是无质量的，准相对论的，手性粒子 - 准相对论，因为它们与光子(光的基本“粒子”)类似地移动，并且表现得好像它们是相对论的，收缩空间和扩张时间。

术语“手性”适用于不能叠加到其镜像上的物体。球体是非手性的，但我们的左手和右手都是手性的。在Weyl费米子的情况下，手性使它们表现为磁单极子，不像琐碎世界中的所有磁性物体，其表现为偶极子。

Weyl费米子于1929年由德国数学家，物理学家和哲学家赫尔曼威尔(Hermann Weyl，1885-1955)提出，作为狄拉克方程的可能解。由英国理论物理学家保罗狄拉克(1902-1984)制定，该方程结合了量子力学和狭义相对论的原理来描述电子，夸克和其他物体的行为。

Weyl费米子是假设实体，从未在自然界中自由观察，但2015年进行的研究表明它们可以作为解释某些现象的基础。

类似于也解决狄拉克方程的Majorana 费米子，Weyl费米子在凝聚态分子系统中表现为准粒子。

高能物理和凝聚态物理融合的这一领域动员了大量的研究工作，不仅因为它为基础科学的发展提供了机会，而且因为这些准粒子的特性可能有一天会被使用在量子计算中编码信息。

在UNESP Ilha Solteira进行的这项新研究向这个方向发展。“我们的理论研究主要集中在由广泛分离的原子组成的分子上。这些分子在Weyl环境之外是不可行的，因为原子之间的距离阻止它们形成共价键，从而避免共享电子。我们证明了电子散射的手性。在Weyl半金属中，导致形成磁性化学键，“Seridonio说。

Weyl半金属的实例包括砷化钽(TaAs)，砷化铌(NbAs)和磷化钽(TaP)。

“在这些材料中，Weyl费米子与石墨烯中的电子具有类似的作用。然而，石墨烯是准2-D系统，而这些材料完全是3-D，”Seridonio说。

理论研究表明，这些系统中的Weyl费米子在Dirac费米子中表现为分裂，Dirac费米子包括所谓的标准模型的所有材料粒子，可能除了中微子。

这些分裂发生在导带(自由电子循环的空间)接触价带(原子中电子的最外层)的点处。

“对称的突破使得这一点，狄拉克节点，分裂成一对具有相反手性的Weyl节点。在我们的研究中，我们打破了时间反转的对称性，”Seridonio说。

时间反转对称性实质上意味着如果时间流逆转，系统保持不变。“当这种对称性被破坏时，得到的分子具有自旋极化轨道。”

在通常的分子系统中，自旋电子和自旋向下电子均匀分布在电子云中。在Weyl系统中不是这种情况。

“结果是一个分子，其中旋转和旋转电子云在空间上是不同的。这种特性可用于编码信息，因为分子可以与二进制系统相关联，二进制系统是信息的位或基本单位，“Seridonio说。