12月11日,中科院物理所“外尔费米子研究”入选英国物理学会《物理世界》(Physics World)公布的“2015年十大科学突破”,消息立刻在科学圈里传开了。
当天晚上,当《知识分子》联系上该团队负责人之一方忠研究员时,他正在香港准备第二天的学术交流报告,电话那头的他难掩兴奋之情:“能够得到大家的认可,非常高兴”。
《物理世界》“年度十大突破”自2009年发布以来,在学术界具有重要权威性,入选的科学研究要符合:具有至关重要性;对科学知识有显著推进;理论与实验具有紧密联系;为所有物理学家普遍关注等条件。
外尔费米子(Weyl fermions)是一种无质量且具有“手性”的电子,这个80多年前被著名物理学家外尔所预言的神秘电子,终于在2015年年初第一次出现在科学家的眼前。
中国科学家近年来在这一领域取得了一系列突破,预言了可能的外尔半金属材料,并最终成功实现了外尔费米子的独立观测。
“外尔半金属具有磁场中电阻变小的反常疏运性质。光学外尔体系可用来做大体积单模激光器。如果这些效应和应用能够实现,将是开始于80多年前探求简单而美丽方程的令人意外的非凡结果。”加州大学伯克利分校的Ashivin Vishwanath在APS主办的Physics上如是评价外尔费米子的重要发现。
方忠对《知识分子》解释说,电子因为具有有效质量,因此表现出重要的特征,当它在材料传输过程中,发生碰撞就会产生能耗,由此会使得计算机的速度等性能受到限制。而具有“手性”特征的外尔费米子半金属因为没有有效质量,能实现低能耗的电子传输,因此未来将可能解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题,在量子计算机、低能耗器件等方面有重要应用,同时外尔费米子具有拓扑稳定性,可以用来实现高容错的拓扑量子计算。
谈到中国科学家团队取得这一重要发现的成功经验时,方忠特别提到了团队合作精神。他告诉《知识分子》,“外尔费米子的研究工作包括理论计算,材料制备,物性观测三个方向团队之间的无间合作,这种紧密无间的合作并不仅仅是大家合作发表了一篇文章,而是日常见面聊天,不断促进,推动,启发。理论推动实验,实验推动理论。而且这种合作精神在今后的研究中会越来越重要。”
方忠表示,外尔费米子的发现其实只是一个开始,这个领域还有很多问题没有研究清楚,未来还有很多工作要做。“中国物理学正处于近年来最好的发展时期”,方忠在访谈结束时表示,由于得到了国家的大力支持,得益于好的研究环境,经过这些年的积累,优秀人才的凝聚,中国的物理研究水平不断提高,整个物理学有了非常重要的进步,已经走在国际前沿,在很多领域可以与国际上平等竞争。