上海光源用户成果“发现三重简并费米子”入选2017年中国十大科技进展新闻

由中国科学院、中国工程院主办的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻评选2017年12月31日揭晓。经过中国科学院和中国工程院院士投票，中国科学院物理研究所科研团队“首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子”入选2017年中国十大科技进展新闻。

组成宇宙的基本粒子可分为玻色子和费米子，寻找新型的基本粒子一直是科学研究的前沿问题。固体材料中的电子所处的“固体宇宙”由于只满足不连续的分立空间对称性，不同于宇宙的连续时空对称性，使得在固体中可能存在传统理论中没有的新型费米子。近年来对拓扑物态的深入研究为人们研究和寻找新型费米子提供了启示，而对新型费米子的探索也是拓扑物态领域具有挑战性的前沿科学问题和国际竞争焦点之一。

2016年4月中科院物理所理论团队预言在一类具有WC结构的材料中存在三重简并的电子态，其对应的准粒子就是三重简并费米子，是不同于传统分类中四重简并的狄拉克费米子和两重简并的外尔费米子之外的新型费米子。中科院物理所丁洪和钱天研究组利用上海光源“梦之线”的高分辨光电子能谱以及瑞士光源成功解析出WC家族中的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[1]。对这一家族材料的奇异现象的探索开启了“材料宇宙”中新型粒子的研究；三重简并费米子的发现也对促进人们理解电子拓扑物态、发现新奇物理现象、发展新型电子器件，以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。

此项研究成果由中科院物理所、中科院上海应物所和瑞士光源合作完成。该成果也是“梦之线”继发现“外尔费米子”[2-3] 之后取得的又一重大突破。“梦之线”是中科院物理所、中科院上海应物所以及中科院大连化物所合作研制成功的世界一流同步辐射光电子实验系统，于2015年6月通过验收，为国内外科学家提供了探索固体材料电子结构的先进实验平台。开放至今取得了包括“外尔费米子”、“沙漏费米子”、“大能隙材料ZrTe5的拓扑边界态”等系列重要成果。（物理与环境科学研究部 供稿）

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）。

文献参考：

[1]. B. Q. Lv, et. al., Nature 546, 627–631 (2017)

[2]. B. Q. Lv, H. M. Weng, et al. Phys. Rev. X 5, 031013(2015).

[3]. B. Q. Lv, N.Xu, H. M. Weng, et al. Nat. Phys. 11, 724 (2015).