繼“拓撲絕緣體 ”和“量子反?；魻栃?yīng) ”之后，最近由中國科學(xué)院物理研究所方忠研究員等率領(lǐng)的科研團隊又取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)了具有“手性”的電子態(tài)——Weyl費米子 。這是國際上物理學(xué)研究的一項重要科學(xué)突破，對“拓撲電子學(xué)”和“量子計算機”等顛覆性技術(shù)的突破具有非常重要的意義 。

　　該發(fā)現(xiàn)從理論預(yù)言到實驗觀測的全過程，都是由我國科學(xué)家獨立完成。

　　1929年，德國科學(xué)家H. Weyl指出，無“質(zhì)量”（即線性色散）電子可以分為左旋和右旋兩種不同“手性”，這就是Weyl費米子。但是80多年過去了，人們一直沒有能夠在實驗中觀測到Weyl費米子 。近年來，拓撲絕緣體，尤其是拓撲半金屬領(lǐng)域的飛速發(fā)展為Weyl費米子的產(chǎn)生和觀測提供了新的思路和途徑。

　　無“質(zhì)量”電子的實現(xiàn)

　　2012年和2013年，物理所的理論研究團隊首次預(yù)言在狄拉克半金屬中可實現(xiàn)無“質(zhì)量”的電子，雖然由于某些對稱性的保護，兩個“手性”相反的電子態(tài)重疊在一起無法分開，但向?qū)崿F(xiàn)真正分離的“手性”電子邁出了關(guān)鍵的一步。

　　沖破對稱性的保護

　　2014年，該團隊首次預(yù)言在TaAs，TaP，NbAs和NbP等材料體系中可打破中心對稱的保護，實現(xiàn)兩種“手性”電子的分離。這一系列材料能自然合成，無需進行摻雜等細致繁復(fù)的調(diào)控，更利于實驗發(fā)現(xiàn)。這一結(jié)果立刻引起了實驗物理學(xué)家的重視，許多研究組開始了競賽般的實驗驗證工作。

　　發(fā)現(xiàn)Weyl費米子

　　Weyl費米子藏身于TaAs晶體當(dāng)中。物理所的陳根富小組首先制備出了具有原子級平整表面的大塊TaAs晶體，隨后物理所丁洪小組利用上海光源“夢之線”的同步輻射光束照射TaAs晶體，使得Weyl費米子80多年后第一次展現(xiàn)在科學(xué)家面前。

　　“手性”電子大有可為

　　具有“手性”Weyl費米子的半金屬能實現(xiàn)低能耗的電子傳輸，有望解決當(dāng)前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問題，同時Weyl費米子具有拓撲穩(wěn)定性，可以用來實現(xiàn)高容錯的拓撲量子計算。