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“理论预言并实验验证外尔半金属的存在”研究成果入选2015年度中国科学十大进展
发布时间:2016-02-26文章来源:
  2016年2月25日,科技部公布2015年度中国科学十大进展,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)“理论预言并实验验证外尔半金属的存在”研究成果入选。同时入选2015年度中国科学十大进展的研究成果包括实现单光子多自由量子隐形传态,揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性特征,实现对反物质间相互作用力的测量,探测到宇宙早期最亮、中心黑洞质量最大的类星体,发现东亚最早的现代人化石,解释人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征,解析细胞炎性坏死的关键分子机制,研制出碳基高效光解水催化剂,实现对单个蛋白质分子的磁共振探测等。
    理论预言并实验验证外尔半金属的存在:
    德国科学家外尔1929年指出,当质量为零时,狄拉克方程描述的是一对能量相同但具有相反手性的新粒子,即外尔费米子。80多年过去了,人们一直未能观测到这种神奇的粒子。中微子曾经被认为是外尔费米子的候选者,但后来发现中微子其实具有质量。近年来,拓扑绝缘体尤其是拓扑半金属等领域研究的快速发展为寻找外尔费米子提供了新的思路,它们可以作为准粒子存在于外尔半金属材料中。寻找外尔半金属材料是一个非常具有挑战性的科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。2015年,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)方忠研究组(翁红明等)通过理论计算预言,TaAs家族材料就是寻找的外尔半金属体系[Physical Review X (5,011029)];陈根富研究组合成出了该材料的晶体,并观察到理论预测到的因手征反常导致的负磁阻效应[Physical Review X (5,031023)];丁洪研究组(丁洪和钱天等)与合作者用角分辨光电子能谱证实了理论预言的三维电子能谱和费米弧[Physical Review X (5,031013); Nature Physics (11(9):724-727); Physical Review Letters (115,217601)]。中国科学家的该系列工作终于“找到”了外尔费米子这样一个隐身80多年的“幽灵”粒子。此外,美国普林斯顿大学的Z. Hasan研究组和清华大学的陈宇林研究组及合作者[Nature Physics (11(9):728-732)]也得到类似的结果。外尔半金属的发现提出了很多新的科学问题,同时也为开发低能耗电子器件等变革技术提供了新的思路。该研究成果也入选英国物理学会“2015年度国际物理学十大突破”。
图1 入选“2015年度中国科学十大进展”研究成果代表与解读专家合影
图2 解读专家于渌院士为入选成果代表颁发证书
图3 “理论预言并实验验证外尔半金属的存在”研究成果代表合影

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