《自然·通讯》:神秘莫测的外尔费米子或“栖息”在锇基磁材料中

2025年09月30日 阅读量:108

元素百科据美国能源部橡树岭国家实验室介绍:(ORNL)据官方网站报道,ORNL和田纳西大学的科学家通过中子衍射实验和X射线实验得出结论,神秘的外尔费米子可能会“栖息”在混合磁性晶体结构中。在最新一期的自然通信杂志上发表的研究可能有助于量子计算机的发展。

基础材料研究

1929年,德国物理学家魏尔曼·外尔首次提出,外尔费米子有一种无质量的粒子(Weyl fermions),其独特的属性有助于研究下一代电子设备和量子计算机。直到2015年,科学家们才首次在实验室观察到外尔费米子。研究人员一直在寻找其他可以居住的材料,希望将其独特的属性应用于自旋电子学和量子计算机。在最新的研究中,科学家们研究了一种外尔费米的出现,并证明了外尔费米的出现需要满足两个条件。

“这些粒子的每一个动作都像电子,但速度比电子快,因为它们没有质量,”最新研究论文的第一作者、ORNL的斯图尔特·考尔德说。所有的电子设备都是基于电子的。如果用外尔费米代替电子,原则上会得到运行速度更快的设备。”

磁序条件的基础材料

科学家们对位于ORNL的高通量同位素反应堆进行了中子衍射研究,并找出了具有黄绿石晶体结构的混合物的磁序。他们发现它有一个“全进全出”的磁序,这是包括外尔费米子在内的两个主要条件之一。

第二个条件是轨旋耦合效应强,描述了电子旋转及其围绕原子运动的关系。一般来说,电子较多的大原子具有较强的轨旋效应,但该材料中的电子结构被认为会消除轨旋效应,尽管其重量和密度较高。研究人员利用阿贡国家实验室先进光子源的X射线分析方法,获得了这种强轨旋耦合的证据。

然而,考尔德也强调,最新的研究并不是外尔费米的直接证据,但它确实表明,这种材料是外尔费米的潜在栖息地。

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