聽說過“上帝粒子”，那你聽說過“幽靈粒子”嗎？中國科學家今日公布的成果顯示，他們成功捕捉到一種困擾物理學家近一個世紀的“幽靈粒子”——外爾費米子（Weyl費米子）。至于有什么用？這項成果可以解決手機待機時間短的問題，比如，可以實現手機電池一年充一次電。
科學家把基本粒子分為玻色子和費米子兩大類，費米子是組成物質的基本粒子。外爾費米子是德國科學家威爾曼·外爾在1929年預言的。他提出，無“質量”（即線性色散）電子可以分為左旋和右旋兩種不同“手性”。這種無“質量”的電子被命名為“外爾費米子”。不過，科學家們始終無法在實驗中觀測到這種粒子。
無“質量”電子的實現
近年來，拓撲絕緣體尤其是拓撲半金屬領域的飛速發展，為外爾費米子的產生和觀測提供了新思路。2012年和2013年，物理所的理論研究團隊首次預言在狄拉克半金屬中可實現無“質量”的電子，雖然由于某些對稱性的保護，兩個“手性”相反的電子態重疊在一起無法分開，但向實現真正分離的“手性”電子邁出了關鍵的一步。
沖破對稱性的保護
2014年，該團隊首次預言在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的調控，更利于實驗發現。這一結果立刻引起了實驗物理學家的重視，許多研究組開始了競賽般的實驗驗證工作。
發現外尓費米子
外尓費米子藏身于TaAs晶體當中。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多年后第一次展現在科學家面前。TaAs家族材料呈體心四方結構，其晶格動量空間存在12對手性相反的Weyl費米子。Weyl點附近的貝里曲率呈刺猬狀分布，與實空間中點電荷產生的電場分布類似，表明它們是動量空間中的磁單極子。在TaAs的（001）表面上，會出現連接不同手性Weyl費米子投影的費米弧，能被ARPES實驗直接觀測到。
“手性”電子大有可為
具有“手性”Weyl費米子的半金屬能實現低能耗的電子傳輸，有望解決當前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問題，同時Weyl費米子也受到對稱性的保護，可以用來實現高容錯的拓撲量子計算。
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