外爾費米子或“棲息”在鋨基磁材料中

2016年06月13日02:29 科技日報

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　　科技日報北京6月12日電（記者劉霞）據(jù)美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室（ORNL）官網(wǎng)消息，ORNL和田納西大學的科學家通過中子衍射實驗和X射線實驗得出結論稱，神秘莫測的外爾費米子或“棲息”于鋨基磁性晶體結構中。研究發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》雜志上，或將有助于量子計算機的發(fā)展。

　　1929年，德國物理學家魏爾曼·外爾首次提出，存在著一種無質量的粒子—外爾費米子（Weyl fermions），其獨特屬性有助研究下一代電子設備和量子計算機。直到2015年，科學家們才首次在實驗室觀察到外爾費米子。研究人員一直在尋找可供其棲身的其他材料，希望將其獨特的屬性應用于自旋電子學以及量子計算機等領域。在最新研究中，科學家對一種鋨基材料進行了研究并證明外爾費米子的出現(xiàn)需要滿足兩個條件。

　　最新研究的論文第一作者、ORNL的斯圖爾特·考爾德表示：“這些粒子的一舉一動像電子，但速度比電子快，因為它們沒有質量。所有電子設備都基于電子，如果用外爾費米子代替電子，從原理上說，將得到運行速度更快的設備?！?/p>

　　科學家們在位于ORNL的高通量同位素反應堆進行了中子衍射研究，弄清楚了一個擁有黃綠石晶體結構的鋨基材料的磁序。他們發(fā)現(xiàn)，它擁有一個“全進全出”的磁序，這是此類物質包含外爾費米子的兩大條件之一。

　　第二個條件是強烈的軌旋耦合效應，這一屬性描述了電子的自旋以及其圍繞原子的運動之間的關聯(lián)。一般而言，擁有更多電子的大原子的軌旋效應更強，但該材料中的鋨盡管重且密度大，其電子構型被認為會消除軌旋效應。研究人員使用位于阿貢國家實驗室的先進光子源的X射線分析方法，獲得了這種鋨黃綠石材料內存在強軌旋耦合的證據(jù)。

　　不過，考爾德也強調，最新研究并非鋨材料存在外爾費米子的直接證據(jù)，但它的確表明，此類材料是外爾費米子的一個潛在的棲息地。

(責任編輯：羅伯特)

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