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Weyl費米子在另一類材料中發現

幾年前首次發現了一種特殊的基本粒子Weyl費米子。它們的特點是:它們以有序的方式穿過材料,幾乎不會讓它們相互碰撞,因此非常節能。這為未來的電子產品開辟了有趣的可能性。到目前為止,Weyl費米子只在某些非磁性材料中被發現。然而,現在,Paul Scherrer研究所PSI的科學家們第一次在實驗上證明了它們存在于另一種材料中:具有內在緩慢磁性波動的順磁體。這一發現還表明,可以用小磁場操縱Weyl費米子,有可能將它們用于自旋電子學,這是一種在電子學中用于新型計算機技術的有希望的發展。科學進步。

在可能為未來的節能電子設備鋪平道路的方法中,Weyl 費米子可以起到一個有趣的作用。實驗上僅在材料內部發現所謂的準粒子,它們表現得像沒有質量的粒子。數學家Hermann Weyl在理論上于1929年對其進行了預測,他們在PSI的科學家們的實驗發現僅在2015年出現。到目前為止,Weyl費米子僅在某些非磁性材料中被觀察到。然而,現在,PSI的一個科學家小組與美國,中國,德國和奧地利的研究人員一起發現它們是一種特殊的順磁材料。這一發現可能使Weyl費米子在未來計算機技術中的潛在用途更近一步。

尋找緩慢的磁波動

PSI的博士后研究員,這項新研究的第一作者馬駿章表示,“困難的部分是找到合適的磁性材料來尋找這些Weyl費米子”。多年來,盡管公認的理論假設是,在某些磁性材料中,Weyl費米子本身可以存在,但盡管全球多個研究小組付出了相當大的努力,但實驗證明仍然存在。然后PSI的科學家團隊將他們的注意力轉向一組特定的磁性材料:具有緩慢磁性波動的順磁體。

“在特定的順磁性材料中,這些內在的磁性波動足以產生一對Weyl費米子,”Ming Shi說,他是同一研究小組的教授:Ma:Novel Materials Group的光譜學。“但我們知道波動必須足夠緩慢以便Weyl費米子出現。從這一點來看,確定哪種材料可能具有足夠緩慢的磁波動成為我們的主要挑戰。”

由于磁波動的特征時間不是可以在每種材料的參考工作中檢查的特征,因此研究人員花了一些時間和精力為他們的實驗找到合適的材料。在PSI中進行的理論物理模型分析幫助他們找到了一個具有緩慢磁波動的有希望的候選物:具有化學符號EuCd 2 As 2:銪 - 鎘 - 砷的材料。事實上,在這種順磁材料中,科學家們能夠通過實驗證明Weyl費米子。

用Muons和X射線測量

科學家們使用兩個PSI大型研究設施進行實驗:首先,他們使用瑞士Muon源(SμS)來測量和更好地表征其材料的磁波動。隨后,他們在瑞士光源SLS上用X射線光譜法觀察了Weyl費米子。

“我們在這里證明的是,Weyl費米子可以存在比以前想象的更廣泛的材料,”Junzhang Ma說。因此,科學家的研究顯著拓寬了在尋找適合未來電子學的材料時可行的材料范圍。在稱為自旋電子學的發展領域中,Weyl費米子可用于傳輸信息,其效率遠高于當今技術中電子所獲得的效率。

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