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  • 吹尽狂沙“将”到金:寻找马约拉纳费米子

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-12-06

    作者:甘晓成贾伟资料来源:科学网发布日期:2018/4/18 16:2:40

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    将疯狂的沙子“意志”吹向黄金:找出马荣纳费尔蒙

    超导拓扑的表面状态是什么?蛋黄酱费米子是什么?这两个深奥的物理概念,作为物理“麻瓜”的大多数普通人甚至可能难以完全读懂它们。 然而,科学家并不害怕

    最近,中国科学院物理研究所(以下简称“中国科学院物理研究所”)的研究人员和合作者利用超高分辨率角光电子能谱在铁基超导体上发现了拓扑超导表面态。 目前,基于以往高温超导材料的理论和实验积累,研究人员正在开展后续研究工作,目标是马荣纳费尔蒙

    基于量子力学理论预言

    故事从“基本粒子”开始 数百年来,寻找世界宪法的基本单位一直是物理学家不懈的追求。 他们称最小和最基本的物质单位为“基本粒子” 在量子力学领域,基本粒子根据它们占据的不同能态分为玻色子和费米子两大类。 玻色子负责传递相互作用力,费米子负责形成物质。

    ”例如,光子和引力子是玻色子,而电子属于费米子 中国科学院物理研究所研究员丁洪告诉《中国科学报》记者 众所周知的中子和质子也是费米子。

    围绕费米子的特性,理论物理学家狄拉克、沃尔和马略纳利用量子力学和相对论进行数学运算,并预测了三种不同的费米子 这三个费米子是以他们的先知命名的,即“狄拉克费米子”、“哀号费米子”和“玛雅费米子”

    其中,意大利物理学家马略阿纳在1937年推测自然界中应该存在正负粒子相同的费米子 不久之后,科学家在一次旅行中失踪了。 像马略阿纳的命运一样,他在理论上预测的费米子吸引了物理学家。 目前,高能物理学家认为中微子可能是蛋黄酱费米子,但仍然没有确凿的实验证据。

    固体“宇宙”提供新的想法

    高能物理学家一直在努力寻找真实宇宙中的基本粒子 例如,2012年,欧洲核研究中心(CERN)宣布在一次大规模碰撞实验中发现希格斯玻色子,并获得2013年诺贝尔物理学奖。

    在费米子家族中,科学家已经证实了狄拉克费米子在真实宇宙中的存在,而在真实宇宙中还没有发现外费米子和玛雅费米子

    近年来,凝聚态物理为寻找基本粒子开辟了新的思路 根据丁洪的说法,在固体材料的“宇宙”中,数亿个电子和原子核相互作用,形成决定母体材料性质的准粒子。这些准粒子和基本粒子可能遵循相同的物理定律。

    2015年,来自美国和中国的两个研究小组宣布,他们在固体材料上发现了几乎同时满足瓦尔方程预测的瓦尔费米子。 其中,由丁洪领导的合作团队利用了上海光源的“梦想线”,证实了这种手性相反且无质量的外部费米子在砷化镓晶体中的存在。 他们发表在《物理评论十》(PRX)上的文章被选入美国物理学会为纪念《物理评论》年125周年而出版的经典文集。收藏包括49件标志性作品,其中36件获得诺贝尔奖。

    同时,与真实宇宙不同,固体材料由离散单元组成的特性导致固体“宇宙”的不连续性,并且不具有光速恒定的特性。 “这使得固体‘宇宙’中可能有新的费米子 ”丁洪说 去年,丁洪领导的一个合作小组在磷化钼晶体中发现了一个三重简并费米子,它超过了传统的狄拉克-沃尔-马略拉类型。 研究结果发表于《自然》(自然),并入选2017年中国十大科学进步

    拓扑超导带来希望

    目前,在固体材料中寻找蛋黄酱费米子已经成为各国物理学家关注的焦点。 大约在2014年,由丁洪领导的研究小组将注意力转向铁基超导体,他们当时的实验数据已经模糊地表明铁基超导体可能具有拓扑表面状态。 “拓扑学最初是一门研究几何图形或空的一些性质的学科,这些性质在不断改变形状后可以保持不变 ”丁洪介绍道 早在20年前,研究人员就意识到拓扑超导体很可能是寻找蛋黄酱费米子的突破口。

    事实上,在拓扑超导体中,马约纳费米子也会有一种特殊的零维状态,称为“马约纳零能模式” 零能量模式对局部变化不敏感,有望作为稳定的量子位应用于量子计算机。

    然而,拓扑超导体总是通过拓扑材料和超导材料的叠加来实现的。 在丁洪团队进行的这项新研究中,研究人员首次用单个铁基超导体费特0.55Se0.45(铁特0.55 Se 0.45)制造并证实了稳定的拓扑超导表面状态 这项研究于今年3月8日发表在网上,时间是《科学》(科学)

    丁洪介绍说,论文最后预测,如果对这种材料施加外部磁场,将获得马略纳零能模。 “对马约纳费米子的研究不仅加深了人类对物质世界的理解,而且具有巨大的应用潜力 ”他说,“正如半导体研究已经产生了经典计算机一样,蛋黄酱费米子将促进量子计算机的发展 "

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