我國科學家在碳化鎢中觀測到具有表面費米弧的三重簡併費米子

2020-11-25 科學技術部

    拓撲半金屬態的研究近年來受到了國際上的極大關注。其中,最具代表性的狄拉克半金屬和外爾半金屬,分別對應高能物理領域的基本粒子——狄拉克費米子和外爾費米子。這兩類拓撲體系具有無帶隙的表面態,可誘導產生奇異的表面費米弧。近期研究發現,具有碳化鎢晶體結構的磷化鉬材料是一種新型的拓撲半金屬,它在空間對稱性保護下具有無帶隙電子激發的自旋三重態準費米子,不同於狄拉克、外爾和馬約拉納費米子,但其拓撲性質尚未確定。

    中國科學院物理研究所丁洪、錢天和陳根富研究組與合作者,利用角分辨光電子譜儀,在碳化鎢晶體中接近費米能級處觀測到一種三重簡併節點,並觀測到了拓撲表面態,其恆能等值線構成了連接三重簡併點在表面布裡淵區投影的費米弧對,證實了這種新型半金屬態具有非平庸的拓撲性質。相關研究論文近期發表在Nature Physics期刊上。該研究得到了國家重點研發計劃「大科學裝置前沿研究」重點專項等項目的支持。

相關焦點

  • 中國科學家首次觀測到三重簡併費米子
    繼「拓撲絕緣體」、「量子反常霍爾效應」、「外爾費米子」之後,最近中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)的科研團隊在拓撲物態研究領域又取得了重大突破,首次觀測到三重簡併費米子,為固體材料中電子拓撲態研究開闢了新的方向。
  • 我國科學家首次觀測到三重簡併費米子
    據科技日報7月10日報導,外界評價這次發現具有重大意義——打破常規分類的新型費米子研究,對於深入理解基本粒子性質具有重要意義。更為難得的是,該項研究從理論預言、樣品製備到實驗觀測的全過程,都由我國科學家獨立完成。
  • 我國科學家發現新型費米子 突破傳統分類—新聞—科學網
    ——三重簡併費米子,為固體材料中電子拓撲態研究開闢了新的方向。該發現從理論預言、樣品製備、到實驗觀測的全過程,均由我國科學家獨立完成。 新型費米子的發現,是繼「拓撲絕緣體」、「量子反常霍爾效應」、「外爾費米子」之後,中科院物理所在拓撲物態研究領域的又一項重大突破。科研人員認為,「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,發現新奇物理現象,開發新型電子器件,以及深入理解基本粒子性質都具有重要的意義。
  • 科學家在三重簡併費米子半金屬MoP中觀測到壓力誘導的超導電性
    科學家在三重簡併費米子半金屬MoP中觀測到壓力誘導的超導電性 2018-06-08 合肥物質科學研究院 MoP中觀測到超導現象。  尋找新型費米子成為近年來拓撲物態領域一個挑戰性的前沿科學問題,也是該領域國際競爭的焦點之一。2017年,物理所研究團隊利用角分辨光電子能譜技術在具有碳化鎢結構的MoP(磷化鉬)單晶中首次觀測到能帶的三重簡併點,附近準粒子激發被稱為三重簡併費米子,不同於四重簡併的狄拉克費米子和兩重簡併的外爾費米子,首次實驗證實存在傳統類型以外的新型費米子,為固體材料中電子拓撲態研究開闢了新的方向。
  • 理論預言並實驗發現固體中的無質量費米子態丨物理所入選「率先...
    當兩個自旋非簡併的能帶在費米能級附近線性交叉時,其低能準粒子激發態與外爾費米子的行為一致,這類材料體系被稱為外爾半金屬。理論預言,由於外爾費米子態的存在,外爾半金屬會呈現出諸多新奇的物理現象,比如在體能帶結構中成對出現,具有相反手性的外爾錐;在晶體表面上有連接兩個外爾點表面投影的開放的費米面,即費米弧。此外,由於不同手性外爾費米子互相分離,會導致奇特的手性反常效應。
  • 理論預言並實驗發現固體中的無質量費米子態丨物理所入選「率先行動」第一階段成果進展
    理論預言,由於外爾費米子態的存在,外爾半金屬會呈現出諸多新奇的物理現象,比如在體能帶結構中成對出現,具有相反手性的外爾錐;在晶體表面上有連接兩個外爾點表面投影的開放的費米面,即費米弧。此外,由於不同手性外爾費米子互相分離,會導致奇特的手性反常效應。所謂手性反常,是指材料中具有某種確定手性的電子的數量在某些條件下不守恆。
  • 中國科學家觀測到新型手性費米子
    外爾費米子就是一種具有手性的粒子,描述它的哈密頓量 H(k)=σ⃗ ⋅k⃗ H(k)=σ→⋅k→ 其中 σ⃗ σ→ 和 k⃗ k→分別代表自旋和動量。在拓撲能帶理論中,當固體中包圍能帶簡併點的費米面具有非零的陳數,該簡併點具有手性,被看作動量空間中的磁單極,費米面上的低能準粒子激發是具有磁荷的手性費米子。例如,固體中外爾點的陳數C = ±1,外爾費米子就是磁荷為1的手性費米子。
  • 理論預言並實驗發現固體中的無質量費米子態丨物理所入選「率先行動」第一階段成果進展
    當兩個自旋非簡併的能帶在費米能級附近線性交叉時,其低能準粒子激發態與外爾費米子的行為一致,這類材料體系被稱為外爾半金屬。理論預言,由於外爾費米子態的存在,外爾半金屬會呈現出諸多新奇的物理現象,比如在體能帶結構中成對出現,具有相反手性的外爾錐;在晶體表面上有連接兩個外爾點表面投影的開放的費米面,即費米弧。此外,由於不同手性外爾費米子互相分離,會導致奇特的手性反常效應。
  • 物理所等在實驗中觀測到新型手性費米子
    在拓撲能帶理論中,當固體中包圍能帶簡併點的費米面具有非零的陳數,該簡併點具有手性,被看作動量空間中的磁單極,費米面上的低能準粒子激發是具有磁荷的手性費米子。例如,固體中外爾點的陳數C = ±1,外爾費米子就是磁荷為1的手性費米子。手性的簡併點在表面上的投影被螺旋結構的表面態環繞,其等能面就是費米弧,連接手性相反的簡併點在表面的投影。
  • 中國科學家發現新型費米子
    原標題:中國科學家發現新型費米子   本報北京6月20日電(記者 邱晨輝)繼「拓撲絕緣體」「量子反常霍爾效應」「外爾費米子」之後,中國科學家在拓撲物態研究領域又迎來一項重大突破。
  • 中國科學家發現新型費米子——三重簡併費米子
    在國家重點研發計劃「大科學裝置前沿研究」重點專項等的支持下,中國科學院物理研究所的研究團隊首次發現了突破傳統分類的新型費米子——三重簡併費米子。這是繼「拓撲絕緣體」、「量子反常霍爾效應」、「外爾費米子」之後,中國科學家在拓撲物態研究領域的又一項重大突破。該項研究成果在《自然》(Nature)雜誌上發表。    組成宇宙的基本粒子可分為玻色子和費米子。現有的理論認為宇宙中可能存在三種類型的費米子,即狄拉克費米子、外爾費米子和馬約拉納費米子。
  • 記發現三重簡併費米子的科學家:「高深」費米子背後的「簡單」科學...
    (圖片來源於中科院網站)   外界評價這次發現具有重大意義——打破常規分類的新型費米子研究,對於深入理解基本粒子性質具有重要意義。更為難得的是,該項研究從理論預言、樣品製備到實驗觀測的全過程,都由我國科學家獨立完成。
  • 中國科學家發現新型手性費米子—新聞—科學網
    迄今為止,實驗已經證明「固體宇宙」中存在3種費米準粒子:四重簡併的狄拉克費米子、二重簡併的外爾費米子、以及三重簡併費米子。只有外爾費米子具有手性,狄拉克費米子和三重簡併費米子本身沒有手性。錢天表示,「可以通過破缺對稱性,比如外加磁場,將它們退簡併成手性的外爾費米子。」
  • 進展|新型手性費米子研究取得進展
    今年初中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心與中國人民大學物理系合作,利用角分辨光電子能譜證實了在CoSi這個手性晶體中,存在新型手性的spin-1和charge-2費米子,並在(001)表面觀測到跨過整個布裡淵區的螺旋結構的拓撲表面態【Nature567, 496 (2019)】。類似的新型手性費米子在RhSi、PtAl等體系也被實驗所確認。
  • 我國科學家觀測到新型手性費米子
    外爾費米子就是一種具有手性的無質量粒子,自90年前由理論提出以來,雖然作為基本粒子至今沒有得到證實,但作為準粒子在凝聚態材料中於2015年發現了存在的證據。因此,在凝聚態材料中尋找新型手性費米子成為了研究的熱點。
  • 中國科學家發現外爾費米子 可用於手機電池和量子計算機
    7月20日,中國科學院物理研究所發布消息:他們發現了具有「手性」的電子態——外爾費米子。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。物理所表示,中國科學家的這一發現,從材料理論預言到實驗觀測都是獨立完成。
  • 合肥研究院發現新的三重簡併拓撲半金屬
    2017年,我國科研人員在國際上首次理論報導並實驗發現三重簡併費米子(該發現也被評為年度十大科學進展之一),但是目前人們僅在鎢-碳型材料WC和MoP中確認存在三重簡併費米子。因此,探索包含三重簡併費米子的拓撲半金屬材料,對探索基本粒子性質,了解電子拓撲物態,進而開發新型電子器件具有重要意義。
  • 為電子拓撲態研究開闢新方向 中國科學家發現新型費米子
    固體材料中實驗發現的三種費米子:四重簡併的狄拉克費米子(左)、兩重簡併的外爾費米子(中)、三重簡併的新型費米子((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研究領域取得重大突破,首次發現了突破傳統分類的新型費米子——三重簡併費米子,為固體材料中電子拓撲態研究開闢了新的方向。這一成果於日前在線發表在《自然》期刊上。  組成宇宙的基本粒子可分為波色子和費米子。現有理論認為,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。
  • 中科院被《科學》拒稿,讓普林斯頓「先」發現了外爾費米子?
    到了7月20日,中科院物理所官網發布消息稱,由中科院物理所方忠研究員率領的科研團隊首次發現了具有左旋和右旋兩種不同「手性」的電子態——外爾費米子。值得注意的是,消息中有這麼一句:「該發現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。」