|
中科院物理所/北京凝聚态物理研究中心/中国人民大学物理系的丁洪、钱天、孙煜杰、雷和畅等专家联合攻关，共同发现了三维材料CoSi中存在新型手性费米子的确定证据，其研究成果于2019年3月20日发表在《自然》杂志上。 手性是指自然界存在的一种镜像对称却不能重合的现象，就像我们的双手虽然看起来完全一样，但两只手是不能重合的。在物理学中，微观上的手性则是指无质量粒子的自旋和动量方向平行或者反平行。早在90年前，理论上就预测了存在无质量手性费米子——外尔费米子，但作为基本粒子的存在尚未被实验所证实。 在固体中，一些材料的体态电子结构因某些对称性或者拓扑保护致使能带交叉时不会杂化，出现能带简并。这个特征介于金属和绝缘体或半导体之间，属于半金属材料，也被称为拓扑半金属。在简并点附近会激发各种类型的费米准粒子。迄今为止，实验已经证明“固体宇宙”中存在 3 种费米准粒子：四重简并的狄拉克费米子、二重简并的外尔费米子、以及三重简并费米子。只有外尔费米子具有手性，而狄拉克费米子和三重简并费米子本身没有手性。 由丁洪、钱天、孙煜杰、雷和畅等组成的科学家团队，通过对拓扑材料实施干预手段，比如外加磁场，引起“固体宇宙”的对称性出现破缺。这样一来，在没有手性的四重简并和三重简并中就出现了退简并成手性外尔费米子的现象。 全新的奇特拓扑量子材料狄拉克半金属和三重简并点半金属中表现出的许多物理性质，例如手性反常导致的负磁阻效应和表面态费米弧，本质上都是来源于手性的外尔费米子。 按照现有的理论分析，除了外尔费米子，在“固体宇宙”中还存在着多种类型的手性费米子及其相关的材料，但始终没有直接的实验证据。在众多关于新型手性费米子的理论预言中，过渡金属硅化物 CoSi 属于能带结构比较理想的材料。也正因如此，该材料引起了国际上多个研究团队的关注。 角分辨光电子能谱实验可以提供直接的证据，但需要原子级平整的样品表面。由于 CoSi 是三维材料，传统的解理方法获得的表面无法满足实验要求。课题组借助“抛光－轰击－退火”的方法，经过长时间的不断摸索，终于在 CoSi 单晶样品上得到原子级平整的表面，并在上海光源“梦之线”观测到清晰的体态和表面态能带。实验观测结果显示，在体布里渊区的中心和角落处存在体态能带简并点，正是这种简并点处存在手性的费米子，此与理论计算的结果也高度吻合。 其实，日本、美国、英国的3个研究团队也在 CoSi 这一类材料中寻找新型手性费米子的证据，中国科学家之所以率先突破，关键在于样品质量、数据质量等方面获得了理想的最高质量。 来源：网络 |
|
|
