中科院物理所团队在固体中发现外尔费米子的工作入选美国物理学会125周年纪念论文集

来源: 中国科学院物理研究所

发布日期: 2018-01-04 16:30:00

2015年中国科学院物理所团队在固体中发现外尔费米子的工作入选美国物理学会125周年纪念论文集,这是国内唯一一篇入选文章。外尔费米子的发现具有重要的科学意义,可能解决电子器件小型化和多功能化面临的能耗问题。

任何一个对物理学前沿有所了解的人都知道Physical Review(《物理评论》)系列的期刊在物理学发展中的地位,尤其是Physical Review Letter,简称PRL,则更是很多物理人的梦想。而这个系列期刊的历史则可追溯至1893年,那年美国物理学家Edward Nichols在康奈尔大学创办了Physical Review期刊,主要发表物理学所有领域的独创研究和科学综述。

1913年时美国物理学会(APS)接管了Physical Review期刊,以后它就逐渐成为物理学史上举足轻重的科学期刊。

2018年则是Physical Review系列期刊的鼻祖Physical Review期刊创刊125周年的日子,美国物理学会为了纪念这一里程碑,从Physical Review系列期刊的论文历史中选出了49篇对物理学有重大意义的论文,和APS历史上有意义的事件一起列出了一个时间表,回顾整个物理学史上很多意义非凡的时刻。

2015年中国科学院物理所团队在固体中发现外尔费米子的工作入选了这49篇经典论文,也是国内唯一一篇入选文章。

我们来回顾一下Weyl费米子发现的经过。1928年,狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年,德国科学家外尔(Hermann Weyl)指出,当质量为零时,狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子,即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷,却不具有质量。

2015年,中国科学院物理研究所翁红明、方忠、戴希及其合作者,通过第一性原理计算,首次理论预言TaAs家族材料是外尔半金属。

随后,中科院物理所陈根富小组首先制备出了高质量TaAs晶体,丁洪、钱天小组利用上海光源“梦之线”ARPES实验站立即对TaAs(001)表面电子态进行了高精度测量,通过与翁红明、戴希、方忠紧密合作,结合第一性原理计算结果,证实了表面费米弧的存在,并且确定了费米弧与外尔点在(001)表面投影的连接方式,提供了TaAs材料外尔电子态的直接实验证据。

外尔费米子科学家团队,从左往右依次为戴希、方忠、翁红明、钱天、丁洪、陈根富。Weyl半金属中Weyl锥的示意图和实验观测到的费米弧。“外尔费米子发现”也曾入选2015年英国《物理世界》“2015年十大突破”和美国物理学会(APS)评选的2015年物理学标志性进展。

具有“手性”外尔费米子的半金属能实现低能耗的电子传输,有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题,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。

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