手性與鏡像不一致的物體的幾何特性 - 在自然界已經被發現，例如，在分子，晶體，星系和生命形式中。在量子場論中，無質量粒子的手性特徵由其自旋和運動方向是平行還是反平行來定義。儘管90年前預測了無質量手性費米子 - Weyl 費米子，但它們作為基本粒子的存在尚未經過實驗證實。然而，他們的類似物已被觀察為凝聚態物質系統中的準粒子。除了Weyl費米子之外，理論家還提出了許多非常規（即超出標準模型）凝聚態物質系統中的手性費米子，但它們存在的直接實驗證據仍然存在不足。
2019年3月20日，中國人民大學物理學系雷和暢，中科院物理所孫煜傑及錢天共同通訊在Nature在線發表題為「Observation of unconventional chiral fermions with long Fermi arcs in CoSi」的研究論文，該研究通過使用角分辨光電子能譜，揭示了兩種類型的非常規手性費米子 - 自旋-1和電荷-2費米子 - 在CoSi中費米能級附近的帶交叉點。
這些手性費米子在（001）表面上的投影通過穿過整個表面布裡淵區的巨型費米弧連接。這些手性費米子通過晶體對稱，在大量布裡淵區域的中心或角落處實施，使得CoSi成為僅具有一對手性節點的系統，其在動量空間中具有大的間隔並且具有極長的表面費米弧，與Weyl半金屬形成鮮明對比。該研究結果證實了非常規手性費米子的存在，並為探索與手性費米子相關的物理性質提供了平臺。
在高能物理學中，標準模型在Poincaré群的基礎上預測了Universe -Dirac，Weyl和Majorana費米子中的三種類型的費米子粒子。凝聚態物質系統可以在拓撲節點處實現各種費米子準粒子（也就是說，強大的帶狀交叉點可以避免被非平凡帶拓撲分開)，在高能物理學中可能有也可能沒有類似物。
CoSi的晶體結構和計算電子結構
到目前為止，角分辨光電子能譜（ARPES）實驗已經在拓撲節點驗證了三種類型的費米子：雙重簡併Weyl節點，四倍簡併狄拉克節點和三倍退化節點。對於狄拉克節點，陳數為零，對於三倍簡併節點，陳數未定義。只有Weyl節點帶有非零Chern數，C =±1。非零陳數導致節點處的Weyl費米子激發具有手性，並且需要存在奇異的螺旋面狀態，其中費米弧作為它們的等能量輪廓。
在（111）表面上測量費米表面和帶分散
拓撲節點可以分為偶然節點或必要節點。三種類型的實驗識別節點都是偶然的，因為它們需要頻帶反轉，並且它們通過某些同態晶體對稱或非平凡拓撲來穩定。相比之下，頻帶理論已經展示了幾種類型的具有多頻帶交叉的基本節點，其不需要頻帶反轉。
在（001）表面上用軟X射線測量費米表面和帶分散
理論家們提出了具有非零Chern數的基本節點上的外來手性費米子，例如具有三倍簡併性的自旋-1節點，電荷-2狄拉克節點和具有四倍簡併性的自旋-3/2 Rarita-Schwinger-Weyl節點和雙自旋-1節點具有六倍簡併性。與Weyl費米子不同，這些手性費米子在高能物理學中沒有類似物，因此是非常規的（即超出標準模型）。儘管第一原理計算表明這些非常規手性費米子存在於許多材料中，但仍缺乏實驗證據。
用（001）表面上的VUV光測量表面費米弧
在這項工作中，研究人員通過系統ARPES測量研究其體積和表面狀態的電子能帶結構，通過實驗驗證了過渡金屬矽化物CoSi中手性spin-1費米子和電荷-2費米子的存在。該工作開創了理論預測的許多非傳統手性費米子的探索，並可能為研究手性費米子的奇異物理性質提供更廣闊的空間。
來源：iNature