当“外尔”遇上了重费米子
来源:劳动网 发表于2019-07-07 14:35:56 编辑:刘福堂
摘要: 近来,浙大相关物质研讨中心袁辉球教授带领的研讨团队在重费米子系统中发现外尔费米子存在的试验依据,将外尔半金属的研讨拓宽到强相关电子系统中

  近来,浙大相关物质研讨中心袁辉球教授带领的研讨团队在重费米子系统中发现外尔费米子存在的试验依据,将外尔半金属的研讨拓宽到强相关电子系统中,为研讨电子相关效应与能带拓扑结构的相互作用供给了新的渠道。

  这项研讨成果宣布在11月5日上线的闻名期刊《天然通讯》(Nature Communications)。物理学系博士研讨生郭春煜为论文榜首作者,袁辉球为论文通讯作者,团队首要成员包含相关物质研讨中心的刘洋研讨员和Michael Smidman研讨员以及杭州师范大学物理系的曹超教授。

  “拓扑”与外尔费米子

  咱们能够用两样日子中常见的东西来解说什么是拓扑:甜甜圈和咖啡杯。咖啡杯的把手与杯身构成一个孔洞,甜甜圈也有个孔洞,只需这个孔洞没有消失,一起也没有发生新的孔洞,它们在拓扑的层面上是相同的。也就是说,物体的拓扑性质精简了详细的几许细节,只考虑几许不变性的特征。拓扑学最早指的是地质学中的地势、地貌研讨,而几许拓扑学则是构成于十九世纪的一门数学分支。近年来,拓扑学这个概念被引进到凝聚态物质中,用来研讨固体资料的能带结构及相关电子性质。

  外尔费米子是德国科学家威尔曼·外尔在1929年预言的,是一种零质量的费米子。尔后近一个世纪的时间里,物理学界一向没有抛弃对它的根究。最近人们发现,一些凝聚态资猜中的准粒子激起与外尔费米子类似,这为寻觅外尔费米子开辟了新的方向,具有重要物理含义。别的,因为遭到拓扑维护,具有相反手性的两个外尔费米子之间的散射很弱,这对处理当时电子器件小型化和多功能化所面对的能耗问题具有重要使用价值。

  外尔费米子变“重”了

  在从前发现的大部格外尔半金属资猜中,电子之间的相互作用都比较弱,其物理图画相对简略。“电子相关效应对拓扑量子态有什么影响?外尔费米子是否能够存在于一些强相关电子系统?这是物理学家们更关怀的一个问题。”袁辉球这样说。

  重费米子资料是一类典型的具有强电子相互作用的资料系统,首要存在于镧系和锕系化合物中。望文生义,重费米子系统的电子有用质量很“重”,可达自由电子质量的1000倍以上。人们普遍认为,这种有用质量的添加是电子之间经过近藤效应发生的。从前的研讨标明,重费米子系统具有丰厚的微观量子现象,是研讨非常规超导和绝对零度下的量子相变的抱负资料系统。那么,在这样一类相关电子资猜中,是否存在外尔费米子等拓扑量子态呢?

  从字面意思来看,重费米子和外尔费米子的概念似乎是对立的。外尔费米子有理论上来说是没有质量的,而重费米子的有用质量却很重。一个没有质量的粒子又怎么会“重”呢?实际上,外尔费米子的“零质量”是指一种共同的能量色散联系:在外尔节点邻近,外尔费米子的能量与它的波矢成正比联系,其份额系数是个常数。若外尔节点坐落费米能级邻近,该常数即为费米速度。在重费米子资猜中,因为电子有用质量大,它的运动速度远低于一般资猜中的电子,但其能量相同能够遵从线性色散联系。

  

  经过多种宏微观性质的试验丈量,并结合能带核算,袁辉球团队初次在重费米子资料YbPtBi中发现了外尔费米子的试验依据,调查到了外尔电子态随电子相互作用改变所出现出来的一些新颖性质。这些发现不同于从前研讨的其它资料系统,为研讨拓扑态与电子相关效应以及拓扑相变供给了一个新的渠道。论文审稿人指出,“该作业将成为研讨具有近藤相互作用的外尔费米子半金属的一个典范”。

  该项研讨遭到国家重点研制项目、国家天然科学基金委以及科学应战专项的赞助。

  (文 史又月/拍摄 卢绍庆)

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-06782-1

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