中國科學家發現新型費米子 或挑戰現有理論

中青在線北京6月20日電（中國青年報?中青在線記者 邱晨輝）繼「拓撲絕緣體」「量子反常霍爾效應」「外爾費米子」之後，中國科學家在拓撲物態研究領域又迎來一項重大突破。記者今天從中國科學院物理研究所獲悉，該所科研團隊近日首次發現了突破傳統分類的新型費米子——三重簡併費米子，為固體材料中電子拓撲態研究開闢了新的方向。

這一成果已於6月19日在線發表在國際知名學術期刊《自然》雜誌上，論文通訊作者為中科院物理所研究員丁洪、錢天、石友國，並列第一作者為中科院物理所博士生呂佰晴、馮子力、許秋楠。該發現從理論預言、樣品製備、到實驗觀測的全過程，都是由我國科學家獨立完成。

組成宇宙的基本粒子可分為波色子和費米子。這其中，按照現有的理論，費米子又分為三種類型，即狄拉克費米子、外爾費米子和馬約拉納費米子。狄拉克費米子已經被發現，大家所熟知的電子、質子、中子等就是狄拉克費米子，而外爾費米子和馬約拉納費米子至今尚未被觀測到。

不過，在2016年4月，翁紅明、方辰、戴希、方忠「預言」：在一類具有碳化鎢晶體結構的材料中存在「三重簡併」的電子態，其准粒子就是「三重簡併」費米子——這是不同於「四重簡併」的狄拉克費米子和「兩重簡併」的外爾費米子的新型費米子。

事實上，與時空連續的宇宙空間不同，電子所處的「固體宇宙」只滿足不連續的分立空間對稱性，這就可能導致傳統理論中所沒有的新型費米子。尋找新型費米子是近年來拓撲物態領域一個挑戰性的前沿科學問題，也是該領域國際競爭的焦點之一。

後來，石友國指導博士生馮子力迅速製備出碳化鎢家族中的磷化鉬單晶樣品，丁洪和錢天指導博士生呂佰晴，在上海光源「夢之線」和瑞士保羅謝勒研究所經過幾個月的實驗測量，成功解析出磷化鉬的電子結構，與翁紅明指導博士生許秋楠的計算結果高度吻合，首次實驗發現突破傳統分類的三重簡併費米子。

據介紹，中科院物理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行為，緊接著德國馬克斯-普朗克研究所的科學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米子的獨特表現。

（教育科學部編輯）

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