Weyl费米子

科学家们认为，存在着狄拉克、马约拉纳和外尔三种费米子，迄今已在粒子加速器内发现了前两种费米子的证据，但始终没有获得第三种费米子的“蛛丝马迹”。科学家们认为，外尔费米子没有质量，可能是包括电子在内的其他亚原子粒子的基本组成部分。而且，这种粒子既具有右手手性，也具有左手手性，这就使其拥有很高的流动性。当两者相遇时，会像物质和反物质一样相互湮灭。

2012年和2013年，中国科学院物理所的理论研究团队首次预言在狄拉克半金属中可实现无“质量”的电子，虽然由于某些对称性的保护，两个“手性”相反的电子态重叠在一起无法分开，但向实现真正分离的“手性”电子迈出了关键的一步。

2014年，该团队首次预言在TaAs，TaP，NbAs和NbP等材料体系中可打破中心对称的保护，实现两种“手性”电子的分离。这一系列材料能自然合成，无需进行掺杂等细致繁复的调控，更利于实验发现。这一结果立刻引起了实验物理学家的重视，许多研究组开始了竞赛般的实验验证工作。

Weyl费米子藏身于TaAs晶体当中。物理所的陈根富小组首先制备出了具有原子级平整表面的大块TaAs晶体，随后物理所丁洪小组利用上海光源“梦之线”的同步辐射光束照射TaAs晶体，使得Weyl费米子80多年后第一次展现在科学家面前。

2015年12月，中科院物理所研究团队的“外尔费米子研究”也入选欧洲物理学会新闻网站“物理世界”2015年度国际物理学领域的十项重大突破。

通过对拓扑半金属材料进一步的深入研究，中科院物理所方忠团队预言了在TaA

外尔费米子

具有“手性”外尔费米子的半金属能实现低能耗的电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题，同时外尔费米子具有拓扑稳定性，可以用来实现高容错的拓扑量子计算。

2015年7月16日，英国皇家化学协会网站报道说：“有两个国际研究组声称发现了电子学的基本建筑单元——外尔费米子。”这两个国际研究组，正是普林斯顿团队和中科院物理所。英国皇家化学协会完全独立于中科院物理所、普林斯顿大学以及麻省理工学院。然而，令人遗憾的是，《科学》杂志在线发表了美国普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑团队的实验成果，但中科院的发现却被拒稿了。对此，有学者指出，应当办好中国自己优秀的学术期刊，如果我国在相关领域也有影响力大的高水平学术期刊，中国科学家的学术成果发表便不再受制于人，虽然科学成果的重要性并不依赖于最终发表的期刊。

具有“手性”Weyl费米子的半金属能实现低能耗的电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题，同时Weyl费米子具有拓扑稳定性，可以用来实现高容错的拓扑量子计算。

发现Weyl费米子是国际上物理学研究的一项重要科学突破，对“拓扑电子学”和“量子计算机”等颠覆性技术的突破具有非常重要的意义。该发现从理论预言到实验观测的全过程，都是由中国科学家独立完成。