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我国科学家发现打破常规分类的新型费米子

核心提示: 继“拓扑绝缘体”、“量子反常霍尔效应”、“外尔费米子”之后,最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的科研团队在拓扑物态研究领域又取得了重大突破,首次观测到三重简并费米子。
固体材料中实验发现的三种费米子:四重简并的狄拉克费米子(左)、两重简并的外尔费米子(中)、三重简并的新型费米子(右)。 继“拓扑绝缘体”、“量子反常霍尔效应”、“外尔费米子”之后,最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的科研团队在拓扑物态研究领域又取得了重大突破,首次观测到三重简并费米子,这是首次发现的打破常规分类的新型费米子,为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。该项研究从理论预言、样品制备到实验观测的全过程,都由我国科学家独立完成。 组成宇宙的基本粒子可分为玻色子和费米子。费米子是构成物质的原材料,而玻色子传递作用力。现有的理论认为宇宙中可能存在三种类型的费米子,即狄拉克(Dirac)费米子、外尔(Weyl)费米子和马约拉纳(Majorana)费米子。狄拉克费米子已经被发现,大家所熟知的电子、质子、中子等就是狄拉克费米子,而外尔费米子和马约拉纳费米子还没有在粒子物理实验中被观测到。 物理所研究人员在2016年曾首次预言存在三重简并的电子态,其准粒子就是三重简并费米子。这种新型费米子既不同于四重简并的狄拉克费米子,也不同于两重简并的外尔费米子,其应存在于一类具有碳化钨晶体结构的材料中。 研究团队此后制备出了碳化钨家族中磷化钼单晶样品,在上海光源“梦之线”和瑞士保罗谢勒研究所数月的实验测量中,成功解析出磷化钼的电子结构,其符合理论计算结果。 这是首次在实验中发现的打破了常规分类的三重简并费米子,该成果对科学家探索基本粒子性质,了解电子拓扑物态,进而开发新型电子设备具有重要意义。    
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