英國《自然》雜志今天（6月19日）在線發(fā)表了中國科學(xué)院物理研究所的一項最新成果，該所科研團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)了突破傳統(tǒng)分類的新型費(fèi)米子——三重簡并費(fèi)米子，為固體材料中電子拓?fù)鋺B(tài)研究開辟了新的方向。該發(fā)現(xiàn)從理論預(yù)言、樣品制備、到實驗觀測的全過程，均由我國科學(xué)家獨(dú)立完成。
新型費(fèi)米子的發(fā)現(xiàn)，是繼“拓?fù)浣^緣體”、“量子反�；魻栃�(yīng)”、“外爾費(fèi)米子”之后，中科院物理所在拓?fù)湮飸B(tài)研究領(lǐng)域的又一項重大突破�？蒲腥藛T認(rèn)為，“固體宇宙”中新型粒子的研究剛剛開始，這一研究成果對促進(jìn)人們認(rèn)識電子拓?fù)湮飸B(tài)，發(fā)現(xiàn)新奇物理現(xiàn)象，開發(fā)新型電子器件，以及深入理解基本粒子性質(zhì)都具有重要的意義。
2016年4月，中科院物理所科研人員翁紅明、方辰、戴希、方忠預(yù)言在一類具有碳化鎢晶體結(jié)構(gòu)的材料中存在三重簡并的電子態(tài)，其準(zhǔn)粒子就是三重簡并費(fèi)米子，是不同于四重簡并的狄拉克費(fèi)米子和兩重簡并的外爾費(fèi)米子的新型費(fèi)米子。
該所石友國指導(dǎo)博士生馮子力迅速制備出碳化鎢家族中的磷化鉬單晶樣品，丁洪和錢天指導(dǎo)博士生呂佰晴，在上海光源“夢之線”和瑞士保羅謝勒研究所經(jīng)過幾個月的實驗測量，成功解析出磷化鉬的電子結(jié)構(gòu)，與翁紅明指導(dǎo)博士生許秋楠的計算結(jié)果高度吻合，首次實驗發(fā)現(xiàn)突破傳統(tǒng)分類的三重簡并費(fèi)米子。
翁紅明等人的理論工作還指出，三重簡并費(fèi)米子態(tài)與狄拉克費(fèi)米子和外爾費(fèi)米子態(tài)不同，它對外加磁場的方向敏感，使得含有它的母體材料具有磁場方向依賴的輸運(yùn)性質(zhì)。
近期，該所陳根富研究組在碳化鎢中觀測到與狄拉克半金屬和外爾半金屬顯著不同的方向依賴輸運(yùn)行為，緊接著德國馬克斯-普朗克研究所的科學(xué)家在磷化鉬中觀測到極低電阻行為，這些都有可能是這種新型費(fèi)米子的獨(dú)特表現(xiàn)。
據(jù)了解，組成宇宙的基本粒子可分為波色子和費(fèi)米子。現(xiàn)有的理論認(rèn)為宇宙中可能存在三種類型的費(fèi)米子，即狄拉克費(fèi)米子、外爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子。與時空連續(xù)的宇宙空間不同，電子所處的“固體宇宙”只滿足不連續(xù)的分立空間對稱性，這就可能導(dǎo)致傳統(tǒng)理論中所沒有的新型費(fèi)米子。尋找新型費(fèi)米子是近年來拓?fù)湮飸B(tài)領(lǐng)域一個挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問題，也是該領(lǐng)域國際競爭的焦點之一。
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