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類軸子粒子在固態晶體中“被捕獲”

時間:2019-10-10 10:58:14 來源:科技日報

  1977年,科學家首次提出“軸子”(Axion)這一假想粒子,作為對粒子物理學標準模型的擴展。自此,他們一直在“抓捕”軸子,但一無所獲。42年之后,一個國際科研團隊稱,他們在固態晶體中“捕獲”了具有軸子性質的一種粒子,刊發于《自然》雜志的最新研究有助于促進拓撲材料領域的發展。


  據物理學家組織網8日報道,在最新研究中,來自德國馬克斯普朗克固體化學物理研究所、美國普林斯頓大學以及中國科學院大學的科學家攜手,在外爾半金屬(TaSe4)2I中,發現了由外爾型電子(外爾費米子)組成的類軸子粒子的“蛛絲馬跡”。在室溫下,(TaSe4)2I是一維晶體,其中的電流由外爾費米子傳導。


  普林斯頓大學安德烈·伯恩維格小組預測稱,如果將(TaSe4)2I冷卻到零下11攝氏度以下,這些外爾費米子會凝結成晶體——所謂的“電荷密度波”,使下面的原子晶格變形。剛開始自由的外爾費米子會局部化;而最初的(TaSe4)2I則變成軸子絕緣體?;冢═aSe4)2I的電荷密度波晶體擁有可以傳導電流的軸子,當接觸平行的電場和磁場時,這些軸子會增加晶體的磁電導率,這一點非常反常。


  在最新研究中,馬克斯普朗克研究所的克勞迪婭·費爾瑟領導的小組制造出了電荷密度波(TaSe4)2I,并研究了這種材料在電場和磁場作用下的導電性。結果發現,低于零下11攝氏度時,這種材料中的電流實際上由類軸子粒子攜帶。


  研究人員稱,研究這種類軸子粒子的新特性有望使科學家更好地了解量子粒子,并促進相關拓撲材料領域的發展。


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