首次发现具有“手性”的电子态——Weyl费米子

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继“拓扑绝缘体”和“量子反常霍尔效应”之后,最近由中国科学院物理研究所研究员方忠等率领的科研团队又取得重大突破,首次发现了具有“手性”的电子态——Weyl费米子。这是国际上物理学研究的一项重要科学突破,对“拓扑电子学”和“量子计算机”等颠覆性技术的突破具有非常重要的意义。该发现从理论预言到实验观测的全过程,都是由我国科学家独立完成。  1929年,德国科学家H. Weyl指出,无“质量”(即线性色散)电子可以分为左旋和右旋两种不同“手性”,这就是Weyl费米子。但是80多年过去了,人们一直没有能够在实验中观测到Weyl费米子。近年来,拓扑绝缘体,尤其是拓扑半金属领域的飞速发展为Weyl费米子的产生和观测提供了新的思路和途径。  无“质量”电子的实现  2012年和2013年,物理所的理论研究团队首次预言在狄拉克半金属中可实现无“质量”的电子,虽然由于某些对称性的保护,两个“手性”相反的电子态重叠在一起无法分开,但向实现真正分离的“手性”电子迈出了关键的一步。  冲破对称性的保护  2014年,该团队首次预言在TaAs,TaP,NbAs和NbP等材料体系中可打破中心对称的保护,实现两种“手性”电子的分离。这一系列材料能自然合成,无需进行掺杂等细致繁复的调控,更利于实验发现。这一结果立刻引起了实验物理学家的重视,许多研究组开始了竞赛般的实验验证工作。  发现Weyl费米子  Weyl费米子藏身于TaAs晶体当中。物理所的陈根富小组首先制备出了具有原子级平整表面的大块TaAs晶体,随后物理所丁洪小组利用上海光源“梦之线”的同步辐射光束照射TaAs晶体,使得Weyl费米子80多年后第一次展现在科学家面前。  “手性”电子大有可为  具有“手性”Weyl费米子的半金属能实现低能耗的电子传输,有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题,同时Weyl费米子也受到对称性的保护,可以用来实现高容错的拓扑量子计算。  相关链接:物理所等理论预言拓扑Weyl半金属TaAs家族并得到证实首次发现具有“手性”的电子态——Weyl费米子在实验上观测到的“费米弧”


网友评论:

合在一起不是一般人看得懂的东西系列……

该发现从理论预言到实验观测的全过程,都是由我国科学家独立完成。


这句话应该标红。



记者改写完以后科学家也看不懂。

中科院物理所原文:

理论预言的拓扑Weyl半金属:TaAs家族
http://iop.cas.cn/xwzx/kydt/201504/t20150407_4332900.html


虽然每个字都认识,但是并不是我熟悉的文字。
会是未来科技爆炸的基石的感觉。



总觉得哪里不对……



比较通俗的解释...
看上去又是科学家和记者母亲系列...



http://news.sina.tw/article/20150720/14816578.html


这里

2012年和2013年,物理所的理论研究团队首次预言在狄拉克半金属中可实现无“质量”的电子

H. Weyl预言了无质量电子,中国科学家预言了电子能在那儿找到。

方忠是中国固体物理和材料计算领域少有的几个中青年先驱者, 他那一套电子自旋耦合的理论计算预测软件BSTATE本来就是世界领先的。
BSTATE在国内独步江湖,可惜没有大力宣传和拓展,也没有聚集起外部开发者进行功能扩展,总体性能还是落后于国外的大型通用计算软件。

电子自旋性质的新材料和新现象由他们组首先做出理论预测一点都不奇怪。



确切说是两个不同的理论,Weyl 描述的本来是真实的粒子,一个狄拉克费米子等价于两个成对外尔费米子,如果狄拉克费米子的质量为0,就可以把它一分为二,否则不能。
中科院预言的是准粒子,也就是说电子本身还是有质量电子,但在金属中不是考虑电子本身,而是考虑元激发,后者可以表现得无质量的狄拉克费米子,也就可以一分为二了。

寻找无质量费米子是粒子物理的领域。准粒子则是凝聚态物理的领域,中科院寻找的不是粒子,是特定性质的半金属材料。



几天前有个类似的新闻,好像是一回事。

百年追寻 一朝成真
实验室首次造出无质量外尔费米子

    科技日报北京7月17日电 (记者刘霞)1929年,德国物理学家魏尔曼·外尔首次提出,存在着一种无质量的新粒子——外尔费米子(Weyl fermion)。他们表示,新粒子拥有的独特属性为下一代电子设备奠定了基础,也将有助于量子计算机领域的研究。

    科学家们认为,存在着狄拉克、马约拉纳和外尔三种费米子,迄今已在粒子加速器内发现了前两种费米子的证据,但始终没有获得第三种费米子的“蛛丝马迹”。科学家们认为,外尔费米子没有质量,可能是包括电子在内的其他亚原子粒子的基本组成部分。而且,这种粒子既具有右手手性,也具有左手手性,这就使其拥有很高的流动性。当两者相遇时,会像物质和反物质一样相互湮灭。

    2011年,加州大学伯克利分校的理论凝聚态物质物理学家阿舍汶·维什瓦纳特研究团队在《物理评论B》杂志撰文指出,拥有某些属性的晶体在合适的环境下可能会产生外尔费米子。这种材料需具备某种不对称性,也必须是半金属。

    由此,由普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑领导的团队查阅了约100万种晶体的信息,最终将目光锁定在由钽和砷组成的晶体上。他们用一束光子向一块钽砷(TaAs)晶体发起了轰击。此举让晶体内的电子拥有了额外的能量,电子因此离开原位开始移动。科学家们对移动的电子进行了详细研究,结果发现,“这些电子准粒子的举止非常怪异,与外尔费米子如出一辙”。

    据物理学家组织网7月17日(北京时间)报道,该研究的第一作者许苏扬(音译)表示,新发现不仅有助于科学家们厘清这种粒子的行为,也为研制出超低功耗电子设备铺平了道路。而且在量子尺度下,当该粒子遭遇电场或磁场时,其“手性”会发生变化,因此可被用于量子计算机研制领域。另外,超导体只在温度极低的液态氦或液态氮的“沐浴”下才能工作,而新粒子可在室温下工作。

    不过,维什瓦纳特接受美国趣味科学采访时表示:“在晶体内制造出这种粒子或有助于我们更进一步了解其在现实世界中的行为,但最新发现并没有厘清外尔费米子是否是基本粒子中的一员这个问题。”