金屬中的費米面是電子占據(jù)和未占據(jù)能態(tài)之間的邊界。費米面通常是一個封閉的輪廓，并形成球體、橢球體等形狀。位于費米表面的電子控制著材料的許多特性，例如電導(dǎo)率、導(dǎo)熱率、光學(xué)特性等。在極少數(shù)情況下，費米面表面包含稱為費米弧的不連續(xù)部分，這些部分通常與超導(dǎo)等奇異態(tài)相關(guān)。

研究小組負責(zé)人亞當(dāng)·卡明斯基指出，新發(fā)現(xiàn)的費米弧是電子帶分裂的結(jié)果，這是由占樣品50%的Nd原子的磁序引起的。然而，團隊在NdBi 中觀察到的電子分裂并不是典型的能帶分裂行為。

有兩種已確定的能帶分裂類型——塞曼和拉什巴。在這兩種情況下，帶子在分裂后都保持其原始形狀。研究小組觀察到的帶分裂導(dǎo)致了兩個不同形狀的帶。隨著樣品溫度降低，這些能帶之間的間隔增加并且能帶形狀發(fā)生變化，表明費米子質(zhì)量發(fā)生變化。

卡明斯基說：“這種分裂非常非常不尋常，因為這些帶之間的間距不僅在增加，而且它們的曲率也在變化?！?“這與人們迄今為止觀察到的任何其他東西都非常不同。”

先前已知的威爾半金屬中的費米弧案例一直存在，因為它們是由材料的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，而晶體結(jié)構(gòu)難以控制。然而，團隊在NdBi 中發(fā)現(xiàn)的費米弧是由樣品中Nd 原子的磁有序引起的。通過施加磁場，并且可能通過將Nd 離子交換為另一種稀土離子，如鈰、鐠或釤（Ce、Pr 或Sm），可以輕松改變該順序。由于艾姆斯實驗室是稀土研究領(lǐng)域的世界領(lǐng)先者，因此可以輕松探索這種成分的變化。

卡明斯基說：“一旦樣品變得反鐵磁性，這種新型費米弧就會出現(xiàn)。因此，當(dāng)樣品呈現(xiàn)磁序時，這些弧就會出現(xiàn)，似乎是憑空出現(xiàn)的?！?

卡明斯基表示，這些新費米弧的另一個重要特征是它們具有所謂的自旋紋理。在普通金屬中，每個電子態(tài)都被兩個電子占據(jù)，一個向上自旋，一個向下自旋，因此不存在凈自旋。新發(fā)現(xiàn)的費米弧在每個點都有一個單一的自旋方向。由于它們僅以磁有序狀態(tài)存在，因此可以通過應(yīng)用超快激光等磁脈沖來非?？焖俚卮蜷_和關(guān)閉這些電弧。

卡明斯基說：“擁有這樣的自旋裝飾或自旋紋理非常重要，因為電子領(lǐng)域的追求之一就是擺脫基于電荷的電子產(chǎn)品。你現(xiàn)在使用的所有東西都是基于在電線中移動電子，這會引起耗散?！?

控制電子自旋的能力與稱為自旋電子學(xué)的信息技術(shù)新分支有關(guān)，它基于電子自旋而不是沿著電線移動電荷。

卡明斯基解釋說：“我們不是移動電荷，而是翻轉(zhuǎn)自旋方向，或者使自旋沿著導(dǎo)線傳播。從技術(shù)上講，這些自旋變化不應(yīng)該耗散能量，因此以自旋或以下形式存儲信息：旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)中移動信息并不需要太多能量?！?

卡明斯基強調(diào)了這一發(fā)現(xiàn)對該領(lǐng)域的重要性，但他表示，在將這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于新技術(shù)之前，還有很多工作要做。