类轴子粒子在固态晶体中“被捕获”

2019-10-10 08:07:36 来源： 科技日报

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。