固体材料中实验发现的三种费米子：四重简并的狄拉克费米子（左）、两重简并的外尔费米子（中）、三重简并的新型费米子（右）。（资料图片）

　　最近，中国科学院物理研究所的科研团队在拓扑物态研究领域取得重大突破，首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子，为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一成果于日前在线发表在《自然》期刊上。

　　组成宇宙的基本粒子可分为波色子和费米子。现有理论认为，宇宙中可能存在3种类型的费米子，即狄拉克费米子、外尔费米子和马约拉纳费米子。狄拉克费米子已经被发现，大家所熟知的电子、质子、中子等就是狄拉克费米子。

　　在固体中，众多电子受到周期性晶格和电子—电子间相互作用的影响而表现出不同于单个自由电子的集体行为。这样的集体行为可以看作是一个假想的新粒子，即所谓的准粒子。不同固体中电子的准粒子可以表现出不同的基本粒子行为，是基本粒子在固体中的“影子”。

　　人们首先在固体中发现对应于无质量狄拉克费米子的准粒子。2012年，中国科学院物理研究所方忠、戴希、翁红明研究组理论预言在Na3Bi中存在无“质量”的三维狄拉克费米子，随后得到实验证实。2015年，他们又预言TaAs家族材料中存在外尔费米子，随后也得到实验证实。外尔费米子的发现入选了美国物理学会评选的2015年国际物理学8大亮点。

　　与时空连续的宇宙空间不同，电子所处的“固体宇宙”只满足不连续的分立空间对称性，这就可能导致传统理论中所没有的新型费米子。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域的一个挑战性前沿科学问题。

　　2016年4月，翁红明、方辰、戴希、方忠预言在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态，其准粒子就是三重简并费米子，是不同于四重简并的狄拉克费米子和两重简并的外尔费米子的新型费米子。

　　随后，物理所研究人员迅速制备出碳化钨家族中的MoP（磷化钼）单晶样品，并在上海光源“梦之线”和瑞士保罗谢勒研究所经过几个月的实验测量，成功解析出MoP的电子结构，首次实验发现突破传统分类的三重简并费米子。

　　“固体宇宙”中新型粒子的研究刚刚开始，这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件，以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。（经济日报记者 佘惠敏）