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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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為電子拓撲態(tài)研究開辟新方向

中國科學家發(fā)現(xiàn)新型費米子

2017-07-07 經(jīng)濟日報佘惠敏

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語音播報

　　固體材料中實驗發(fā)現(xiàn)的三種費米子：四重簡并的狄拉克費米子（左）、兩重簡并的外爾費米子（中）、三重簡并的新型費米子（右）。（資料圖片）

　　最近，中國科學院物理研究所的科研團隊在拓撲物態(tài)研究領(lǐng)域取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)了突破傳統(tǒng)分類的新型費米子——三重簡并費米子，為固體材料中電子拓撲態(tài)研究開辟了新的方向。這一成果于日前在線發(fā)表在《自然》期刊上。

　　組成宇宙的基本粒子可分為波色子和費米子?，F(xiàn)有理論認為，宇宙中可能存在3種類型的費米子，即狄拉克費米子、外爾費米子和馬約拉納費米子。狄拉克費米子已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，大家所熟知的電子、質(zhì)子、中子等就是狄拉克費米子。

　　在固體中，眾多電子受到周期性晶格和電子—電子間相互作用的影響而表現(xiàn)出不同于單個自由電子的集體行為。這樣的集體行為可以看作是一個假想的新粒子，即所謂的準粒子。不同固體中電子的準粒子可以表現(xiàn)出不同的基本粒子行為，是基本粒子在固體中的“影子”。

　　人們首先在固體中發(fā)現(xiàn)對應于無質(zhì)量狄拉克費米子的準粒子。2012年，中國科學院物理研究所方忠、戴希、翁紅明研究組理論預言在Na3Bi中存在無“質(zhì)量”的三維狄拉克費米子，隨后得到實驗證實。2015年，他們又預言TaAs家族材料中存在外爾費米子，隨后也得到實驗證實。外爾費米子的發(fā)現(xiàn)入選了美國物理學會評選的2015年國際物理學8大亮點。

　　與時空連續(xù)的宇宙空間不同，電子所處的“固體宇宙”只滿足不連續(xù)的分立空間對稱性，這就可能導致傳統(tǒng)理論中所沒有的新型費米子。尋找新型費米子是近年來拓撲物態(tài)領(lǐng)域的一個挑戰(zhàn)性前沿科學問題。

　　2016年4月，翁紅明、方辰、戴希、方忠預言在一類具有碳化鎢晶體結(jié)構(gòu)的材料中存在三重簡并的電子態(tài)，其準粒子就是三重簡并費米子，是不同于四重簡并的狄拉克費米子和兩重簡并的外爾費米子的新型費米子。

　　隨后，物理所研究人員迅速制備出碳化鎢家族中的MoP（磷化鉬）單晶樣品，并在上海光源“夢之線”和瑞士保羅謝勒研究所經(jīng)過幾個月的實驗測量，成功解析出MoP的電子結(jié)構(gòu)，首次實驗發(fā)現(xiàn)突破傳統(tǒng)分類的三重簡并費米子。

　　“固體宇宙”中新型粒子的研究剛剛開始，這一研究成果對促進人們認識電子拓撲物態(tài)、發(fā)現(xiàn)新奇物理現(xiàn)象、開發(fā)新型電子器件，以及深入理解基本粒子性質(zhì)都具有重要的意義。

　?。ㄔd于《經(jīng)濟日報》 2017-07-07 15版）

　　固體材料中實驗發(fā)現(xiàn)的三種費米子：四重簡并的狄拉克費米子（左）、兩重簡并的外爾費米子（中）、三重簡并的新型費米子（右）。（資料圖片）
　　最近，中國科學院物理研究所的科研團隊在拓撲物態(tài)研究領(lǐng)域取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)了突破傳統(tǒng)分類的新型費米子——三重簡并費米子，為固體材料中電子拓撲態(tài)研究開辟了新的方向。這一成果于日前在線發(fā)表在《自然》期刊上。
　　組成宇宙的基本粒子可分為波色子和費米子?，F(xiàn)有理論認為，宇宙中可能存在3種類型的費米子，即狄拉克費米子、外爾費米子和馬約拉納費米子。狄拉克費米子已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，大家所熟知的電子、質(zhì)子、中子等就是狄拉克費米子。
　　在固體中，眾多電子受到周期性晶格和電子—電子間相互作用的影響而表現(xiàn)出不同于單個自由電子的集體行為。這樣的集體行為可以看作是一個假想的新粒子，即所謂的準粒子。不同固體中電子的準粒子可以表現(xiàn)出不同的基本粒子行為，是基本粒子在固體中的“影子”。
　　人們首先在固體中發(fā)現(xiàn)對應于無質(zhì)量狄拉克費米子的準粒子。2012年，中國科學院物理研究所方忠、戴希、翁紅明研究組理論預言在Na3Bi中存在無“質(zhì)量”的三維狄拉克費米子，隨后得到實驗證實。2015年，他們又預言TaAs家族材料中存在外爾費米子，隨后也得到實驗證實。外爾費米子的發(fā)現(xiàn)入選了美國物理學會評選的2015年國際物理學8大亮點。
　　與時空連續(xù)的宇宙空間不同，電子所處的“固體宇宙”只滿足不連續(xù)的分立空間對稱性，這就可能導致傳統(tǒng)理論中所沒有的新型費米子。尋找新型費米子是近年來拓撲物態(tài)領(lǐng)域的一個挑戰(zhàn)性前沿科學問題。
　　2016年4月，翁紅明、方辰、戴希、方忠預言在一類具有碳化鎢晶體結(jié)構(gòu)的材料中存在三重簡并的電子態(tài)，其準粒子就是三重簡并費米子，是不同于四重簡并的狄拉克費米子和兩重簡并的外爾費米子的新型費米子。
　　隨后，物理所研究人員迅速制備出碳化鎢家族中的MoP（磷化鉬）單晶樣品，并在上海光源“夢之線”和瑞士保羅謝勒研究所經(jīng)過幾個月的實驗測量，成功解析出MoP的電子結(jié)構(gòu)，首次實驗發(fā)現(xiàn)突破傳統(tǒng)分類的三重簡并費米子。
　　“固體宇宙”中新型粒子的研究剛剛開始，這一研究成果對促進人們認識電子拓撲物態(tài)、發(fā)現(xiàn)新奇物理現(xiàn)象、開發(fā)新型電子器件，以及深入理解基本粒子性質(zhì)都具有重要的意義。
　　（原載于《經(jīng)濟日報》 2017-07-07 15版）

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