你听说过费米子吗？它开辟了电子拓扑态研究新方向

据《科技日报》报道，今年6月，中国科学院物理研究所的科研团队在拓扑物态研究领域取得的重大突破，我国科学家首次观测到三重简并费米子，为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。那么，什么是费米子？新型费米子有什么特殊之处？研究它又有什么意义呢？

固体材料中实验发现的三种费米子：四重简并的狄拉克费米子（左）、两重简并的外尔费米子（中）、三重简并的新型费米子（右） （图片来源：中国经济网）

什么是费米子？

据中国经济网报道，组成宇宙的基本粒子可以根据自旋特征划分成两类，一类就是费米子，另一类为玻色子。在基本粒子家族中，费米子是构成物质的原材料，而玻色子则主要传递作用力。现有的理论认为，宇宙中存在三种类型的费米子：狄拉克费米子、外尔费米子和马约拉纳费米子。我国科学家新发现的费米子是一种三重简并费米子，是三重简并电子态的准粒子。而准粒子是指固体中众多的电子受到周期性晶格和电子间相互作用的影响而表现出不同于单个自由电子的集体行为，可以看作是一个假想的新粒子。不同固体中电子的准粒子可以表现出不同的粒子行为，相当于基本粒子在固体中的“影子”。

新型费米子有什么特别之处？

据《科技日报》报道，作为一种三重简并费米子，新型费米子既不同于四重简并的狄拉克费米子，也不同于两重简并的外尔费米子，理论预言其可能存在于一类具有碳化钨晶体结构的材料中。

中青在线介绍，中科院物理所在碳化钨中观测到与狄拉克半金属和外尔半金属显著不同的方向依赖输运行为，随后德国马克斯-普朗克研究所的科学家在MoP中观测到极低电阻行为，这些都有可能是这种新型费米子的独特表现。

研究它有哪些意义？

这项研究发现能为我们的生产生活提供哪些帮助呢？

首先，据《经济日报》报道，三重简并费米子这一新型粒子的发现对促进人们寻找新奇物理现象以及深入理解基本粒子性质都有重要启示。

其次，三重简并费米子的研究能够促进人们认识电子拓扑物态、开发新型电子器件等。据《科技日报》报道，对材料拓扑性质的研究，可以发现并调控如绝缘体、导体、超导体等各种复合的物相，例如，拓扑绝缘体内部不导电，但是它的表面却导电，而且能耗极低；拓扑超导材料表面是普通金属，内部却是超导体。这些神奇的材料都有可能应用于未来的电子器件之中，对未来的电子学研究以及量子计算机的研发有不可忽视的作用。（张茜）

本文由中科院物理所副研究员罗会仟进行科学性把关，其主要研究领域为超导、电子、电磁、半导体、自动化、中子散射等。