Исследовательские группы из Университета штата Пенсильвания и Колумбийского университета впервые зарегистрировали полудираковские фермионы в полуметаллическом материале ZrSiS, как сообщается в публикации в журнале Physical Review X. Полудираковские фермионы представляют собой уникальные квазичастицы, отличающиеся специфическим поведением: они не обладают массой при движении в одном направлении, но обретают ее при изменении траектории на перпендикулярное направление. Эти свойства обусловлены особенностями электронной структуры материала. Идея этих необычных частиц была предложена теоретически еще в 2008–2009 годах, однако лишь сейчас их существование было подтверждено экспериментально.

В исследовании использован метод магнитооптической спектроскопии, который позволяет изучать взаимодействие инфракрасного света с материалом в присутствии сильного магнитного поля. Эксперименты проходили в Национальной лаборатории сильных магнитных полей, расположенной во Флориде, с применением мощных магнитов и условий экстремально низких температур охлаждения образцов.

В процессе исследования, при воздействии значительного магнитного поля, были зафиксированы нетипичные переходы уровней Ландау — энергетических состояний электронов. Если обычно изменения этих уровней характеризуются дискретностью в зависимости от массы электронов и мощности поля, то в случае изучаемого материала ZrSiS были замечены изменения, предсказанные ранее только теоретически, что подтвердило наличие полудираковских фермионов.

Физики разработали теоретическую модель, объясняющую наблюдаемое явление. Было установлено, что частицы в определённых точках электронной структуры способны терять массу при движении в одном направлении, но обретать ее при смене на перпендикулярное направление движения. Благодаря своей слоистой структуре, напоминающей графен, материал ZrSiS перспективен для создания технологий на основе однослойных структур.

Данное открытие открывает широкие перспективы для дальнейшего изучения свойств полудираковских фермионов и их потенциального использования в современных технологиях, включая:

• датчики
• аккумуляторы
• квантовые устройства

Тем не менее, некоторые аспекты поведения этих частиц еще не получили объяснения.