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类轴子粒子在固态晶体中“被捕获”

来源:科技日报2019-10-10 09:20

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  1977年,科学家首次提出“轴子”(Axion)这一假想粒子,作为对粒子物理学标准模型的扩展。自此,他们一直在“抓捕”轴子,但一无所获。42年之后,一个国际科研团队称,他们在固态晶体中“捕获”了具有轴子性质的一种粒子,刊发于《自然》杂志的最新研究有助于促进拓扑材料领域的发展。

  据物理学家组织网8日报道,在最新研究中,来自德国马克斯普朗克固体化学物理研究所、美国普林斯顿大学以及中国科学院大学的科学家携手,在外尔半金属(TaSe4)2I中,发现了由外尔型电子(外尔费米子)组成的类轴子粒子的“蛛丝马迹”。在室温下,(TaSe4)2I是一维晶体,其中的电流由外尔费米子传导。

  普林斯顿大学安德烈·伯恩维格小组预测称,如果将(TaSe4)2I冷却到零下11摄氏度以下,这些外尔费米子会凝结成晶体——所谓的“电荷密度波”,使下面的原子晶格变形。刚开始自由的外尔费米子会局部化;而最初的(TaSe4)2I则变成轴子绝缘体。基于(TaSe4)2I的电荷密度波晶体拥有可以传导电流的轴子,当接触平行的电场和磁场时,这些轴子会增加晶体的磁电导率,这一点非常反常。

  在最新研究中,马克斯普朗克研究所的克劳迪娅·费尔瑟领导的小组制造出了电荷密度波(TaSe4)2I,并研究了这种材料在电场和磁场作用下的导电性。结果发现,低于零下11摄氏度时,这种材料中的电流实际上由类轴子粒子携带。

  研究人员称,研究这种类轴子粒子的新特性有望使科学家更好地了解量子粒子,并促进相关拓扑材料领域的发展。(记者 刘霞)

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