新发现:外尔费米子或“栖息”在锇基磁材料中

新发现有助量子计算机研究

据美国能源部下属橡树岭国家实验室(ORNL)官网消息,ORNL和田纳西大学的科学家通过中子衍射实验和X射线实验得出结论称,神秘莫测的外尔费米子或“栖息”于锇基磁性晶体结构中。研究发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上,或将有助于量子计算机的发展。

1929年,德国物理学家魏尔曼·外尔首次提出,存在着一种无质量的粒子—外尔费米子(Weyl fermions),其独特属性有助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可供其栖身的其他材料,希望将其独特的属性应用于自旋电子学以及量子计算机等领域。在最新研究中,科学家对一种锇基材料进行了研究并证明外尔费米子的出现需要满足两个条件。

最新研究的论文第一作者、ORNL的斯图尔特·考尔德表示:“这些粒子的一举一动像电子,但速度比电子快,因为它们没有质量。所有电子设备都基于电子,如果用外尔费米子代替电子,从原理上说,将得到运行速度更快的设备。”

科学家们在位于ORNL的高通量同位素反应堆进行了中子衍射研究,弄清楚了一个拥有黄绿石晶体结构的锇基材料的磁序。他们发现,它拥有一个“全进全出”的磁序,这是此类物质包含外尔费米子的两大条件之一。

第二个条件是强烈的轨旋耦合效应,这一属性描述了电子的自旋以及其围绕原子的运动之间的关联。一般而言,拥有更多电子的大原子的轨旋效应更强,但该材料中的锇尽管重且密度大,其电子构型被认为会消除轨旋效应。研究人员使用位于阿贡国家实验室的先进光子源的X射线分析方法,获得了这种锇黄绿石材料内存在强轨旋耦合的证据。

不过,考尔德也强调,最新研究并非锇材料存在外尔费米子的直接证据,但它的确表明,此类材料是外尔费米子的一个潜在的栖息地。 (记者刘霞)

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