在實驗上觀測到的“費米弧”

　　 7月20日消息,，繼“拓撲絕緣體”和“量子反常霍爾效應”之后,，最近由中國科學院物理研究所方忠研究員等率領的科研團隊又取得重大突破,，首次發(fā)現(xiàn)了具有“手性”的電子態(tài)——Weyl費米子。這是國際上物理學研究的一項重要科學突破,，對“拓撲電子學”和“量子計算機”等顛覆性技術的突破具有非常重要的意義,。該發(fā)現(xiàn)從理論預言到實驗觀測的全過程，都是由我國科學家獨立完成,。

　　1929年,，德國科學家H. Weyl指出，無“質(zhì)量”（即線性色散）電子可以分為左旋和右旋兩種不同“手性”,，這就是Weyl費米子,。但是80多年過去了，人們一直沒有能夠在實驗中觀測到Weyl費米子,。近年來,，拓撲絕緣體，尤其是拓撲半金屬領域的飛速發(fā)展為Weyl費米子的產(chǎn)生和觀測提供了新的思路和途徑,。

　　無“質(zhì)量”電子的實現(xiàn)

　　2012年和2013年,，物理所的理論研究團隊首次預言在狄拉克半金屬中可實現(xiàn)無“質(zhì)量”的電子，雖然由于某些對稱性的保護,，兩個“手性”相反的電子態(tài)重疊在一起無法分開,，但向?qū)崿F(xiàn)真正分離的“手性”電子邁出了關鍵的一步。

　　沖破對稱性的保護

　　2014年,，該團隊首次預言在TaAs,，TaP，NbAs和NbP等材料體系中可打破中心對稱的保護,，實現(xiàn)兩種“手性”電子的分離,。這一系列材料能自然合成，無需進行摻雜等細致繁復的調(diào)控,，更利于實驗發(fā)現(xiàn),。這一結(jié)果立刻引起了實驗物理學家的重視，許多研究組開始了競賽般的實驗驗證工作,。

　　發(fā)現(xiàn) Weyl 費米子

　　Weyl費米子藏身于TaAs晶體當中,。物理所的陳根富小組首先制備出了具有原子級平整表面的大塊TaAs晶體，隨后物理所丁洪小組利用上海光源“夢之線”的同步輻射光束照射TaAs晶體,，使得Weyl費米子80多年后第一次展現(xiàn)在科學家面前,。

　　“手性”電子大有可為

　　具有“手性”Weyl費米子的半金屬能實現(xiàn)低能耗的電子傳輸，有望解決當前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問題,，同時Weyl費米子具有拓撲穩(wěn)定性,，可以用來實現(xiàn)高容錯的拓撲量子計算,。