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(xiàng)最新成果，該所科研團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)觀測(cè)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(xiàng)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(duì)促進(jìn)人們認(rèn)識(shí)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(mèng)之線”和瑞士保羅謝勒研究所經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jì)算結(jié)果高度吻合，首次實(shí)驗(yàn)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(duì)外加磁場(chǎng)的方向敏感，使得含有它的母體材料具有磁場(chǎng)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(cè)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(cè)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�，F(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(shí)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(duì)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(gè)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(diǎn)之一。
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