当电子的对立运动导致狄拉克锥分裂成两个(在左侧由面向外侧的电子示出，与在右侧面向内侧的电子相对)时，外尔半金属被诱导出来。异能状态使得电流更大、阻力最小。
对二维磁性材料中物质异常状态的观察，是为更健壮、更高效的下一代设备利用新电子特性进行开发的最新进展。
能源部橡胶岭国家实验室(ORNL)的中子散射帮助一个由杜兰大学领导的多机构研究小组研究了一种类似于石墨烯的锶锰锑材料 (Sr1-yMn1-zSb2)，而研究人员怀疑这是一种外尔半金属相。
外尔半金属的性质包括磁性和拓扑半金属行为，其中电子或者电荷载体几乎没有质量和传导上的缺陷。该小组的成果发表在《自然材料》杂志上。
在ORNL科学用户设施的能源部办公室的高通量同位素反应堆中的中子散射测量和佛罗里达州立大学国家强磁场实验室的磁场研究发现了支撑量子材料在电子传输和磁性之间关系的关键机械行为。
ORNL 的中子科学局的首席科学家Alan Tennant说: “外尔半金属现在是物理学中的圣杯。有些材料在室温下表现出量子行为, 这正是为量子电子学提供路径所必须达到的目标。”
来自路易斯安那州立大学的来访科学家张强（他在 ORNL 的Shull Wollan 中心工作, 这是一个中子科学联合研究所）说：“石墨烯是一种非常理想的电子建筑材料, 它比钢强, 是热和电的优良导体。然而, 它缺乏实现对电子传输的更好控制所必需的传统磁性特性。这就是为什么研究人员正在寻找外尔半金属。”
张说：“外尔半金属是罕见的, 其中大部分是非磁性的。我们发现一个是磁性的, 如果我们能更好地理解我们在这种材料中发现的电子行为, 它就能大大加快计算机和智能手机技术的速度。”
石墨烯中的电子有一个著名的特性：它们形成了一个“狄拉克锥”, 其中它们的动量和能量与光发生的方式有很大的联系。
与石墨烯不同, 该团队的材料展示了传统的磁性或铁磁性, 这意味着电子以平行排列的方式排列，如典型的条形磁体的南北两极。但它也呈现反铁磁性, 电子指向与其毗邻电子的相反方向。
Tennant解释说, 磁性对电子排列方式具有重要的影响。电子的对立运动导致狄拉克锥撕裂或分裂成两个, 从而形成两个新的锥。这打破了一个称为“时间反演对称性”的原则, 意味着如果时间倒流, 系统将会发生改变。他说：“想象一个旋转的陀螺在反向转动。”
当两个圆锥打破“时间反演对称性”原则时, 它们会诱发产生外尔半金属状态, 其中电子会失去质量。
重要的是电子像许多粒子一样具有质量。正因为如此——除了尺寸越来越小的晶体管和类似的电荷载体材料外——电子也有瓶颈的趋势, 或者造成交通堵塞。在外尔半金属中, 电子更像电荷载流子, 就好像几乎没有质量, 从而使得它们具有高度的机动性。
研究小组在杜兰大学种植了一颗小型的高质量晶体, 通过在高通量同位素反应器中使用中子使得在四圆衍射仪上确定了 Sr1-yMn1-zSb2 的磁性结构。
几乎在任何材料中，中子都是识别和表征磁性的理想工具, 因为它们像电子一样, 呈现出一种称为 "旋转" 的磁性流动。
“我们发现了两种类型的铁磁序列, 并发现了时间反演对称断裂的实验结果， 表明可能在 Sr1-yMn1-zSb2 中产生外尔状态。张说：“这使得该系统成为研究“时间反演对称断裂”对电子带结构影响的一个极好的候选者。”
