德累斯顿马克斯·普朗克固体化学物理研究所(Max Planck Institute For Chemical Physical Of Solid)、普林斯顿大学(Princeton University)、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)和中国科学院大学(University Of The Chinese Academy Of Sciences)的科学家们发现了一个众所周知难以捉摸的粒子：轴子。42年前，轴子首次被预测为基本粒子，是粒子物理学标准模型的扩展。
其研究验结果发表在《自然》期刊上，研究小组在相关Weyl（外尔）半金属(TaSe4)2i中发现了由Weyl类型电子(Weyl Fermions)组成的轴子粒子特征。在室温下，(TaSe4)2i是一维晶体，其中电流由Weyl Fermions传导。然而，通过将(TaSe4)2i冷却到-11摄氏度以下，这些Weyl Fermions本身凝聚成晶体，即所谓的“电荷密度波”，扭曲了原子的底层晶格。最初自由的Weyl费米子现在是局域化的，并且初始Weyl半金属(TaSe4)2i成为轴子绝缘体。与金属原子晶体中自由电子的存在类似，Weyl半金属基电荷密度波晶体具有可以传导电流的轴子。
然而，这种轴子的行为与电子有很大不同，当接触到平行的电场和磁场时，它们对磁电导率产生反常的正贡献。根据普林斯顿大学Andrei Bernevig小组的预测，德累斯顿马克斯·普朗克固体化学物理研究所的Claudia Felser小组产生了电荷密度波Weyl metalloid(TaSe4)2i，并研究了这种材料在电场和磁场影响下的导电情况。研究人员发现，这种材料中低于-11摄氏度的电流实际上是由轴子粒子携带。轴子绝缘体是一个相关的拓扑相，预计会在Weyl半金属中形成电荷密度波。
在电荷密度波相中伴随的滑动模。预计会引起反常的磁电输运效应。然而，到本研究发现前，这种轴子电荷密度波还没有被实验检测到。研究的主要作者之一Claudia Felser说：我认为我们知道的材料突然显示出如此有趣的量子粒子，这是非常令人惊讶的。在实验中研究轴子粒子的新特性，可以让科学家更好地理解量子粒子的神秘领域，并开拓高度相关的拓扑材料领域。约翰尼斯·古思说：我毕生梦想的另一块积木，就是用固体中的实验实现天文和高能物理的想法。
博科园｜研究/来自：马克斯·普朗克学会
参考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1630-4
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