中国科学家发现外尔费米子 可用于手机电池

　　听说过“上帝粒子”，那你听说过“幽灵粒子”吗？中国科学家今日公布的成果显示，他们成功捕捉到一种困扰物理学家近一个世纪的“幽灵粒子”——外尔费米子（Weyl费米子）。至于有什么用？这项成果可以解决手机待机时间短的问题，比如，可以实现手机电池一年充一次电。

　　科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类，费米子是组成物质的基本粒子。外尔费米子是德国科学家威尔曼·外尔在1929年预言的。他提出，无“质量”（即线性色散）电子可以分为左旋和右旋两种不同“手性”。这种无“质量”的电子被命名为“外尔费米子”。不过，科学家们始终无法在实验中观测到这种粒子。

　　无“质量”电子的实现

　　近年来，拓扑绝缘体尤其是拓扑半金属领域的飞速发展，为外尔费米子的产生和观测提供了新思路。2012年和2013年，物理所的理论研究团队首次预言在狄拉克半金属中可实现无“质量”的电子，虽然由于某些对称性的保护，两个“手性”相反的电子态重叠在一起无法分开，但向实现真正分离的“手性”电子迈出了关键的一步。

　　冲破对称性的保护

　　2014年，该团队首次预言在TaAs，TaP，NbAs和NbP等材料体系中可打破中心对称的保护，实现两种“手性”电子的分离。这一系列材料能自然合成，无需进行掺杂等细致繁复的调控，更利于实验发现。这一结果立刻引起了实验物理学家的重视，许多研究组开始了竞赛般的实验验证工作。

　　发现外尓费米子

　　外尓费米子藏身于TaAs晶体当中。物理所的陈根富小组首先制备出了具有原子级平整表面的大块TaAs晶体，随后物理所丁洪小组利用上海光源“梦之线”的同步辐射光束照射TaAs晶体，使得Weyl费米子80多年后第一次展现在科学家面前。TaAs家族材料呈体心四方结构，其晶格动量空间存在12对手性相反的Weyl费米子。Weyl点附近的贝里曲率呈刺猬状分布，与实空间中点电荷产生的电场分布类似，表明它们是动量空间中的磁单极子。在TaAs的（001）表面上，会出现连接不同手性Weyl费米子投影的费米弧，能被ARPES实验直接观测到。

　　“手性”电子大有可为

　　具有“手性”Weyl费米子的半金属能实现低能耗的电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题，同时Weyl费米子也受到对称性的保护，可以用来实现高容错的拓扑量子计算。