由能源部橡树岭国家实验室和田纳西大学领导的科学家团队进行的中子和X射线研究表明，在磁性晶体结构中可能存在难以捉摸的无质量粒子。
在《自然通讯》发表的论文中，研究小组研究了一种含有致密元素锇的材料，记录了Weyl费米子存在所需的两个条件——1929年预测的无质量粒子，2015年首次通过实验观测到。研究人员正在寻找其他可以携带粒子的材料，以便在自旋电子学和量子计算机等高级计算应用中利用它们的独特属性。
“一旦你有一种携带这些粒子的物质，它们就像电子一样，但因为它们没有质量，所以它们传播得更快，”ORNL团队研究的第一作者斯图尔特考尔德说。“由于所有的电子产品都是基于电子的，原则上，如果用这些Weyl费米子代替电子，你就可以拥有更快的器件。”
科学家们在ORNL能源部科学用户设施办公室的高通量同位素反应堆中进行了中子衍射研究，以明确界定具有烧绿石晶体结构的锇基材料的磁序。他们发现它有一个“全进全出”的磁序列——这种物质包含了Weyl费米子的两个要求之一。
“它描述了电子的旋转以及它们是如何排列的；他们都指向中心或者他们都指出，”考尔德说。“中子是确定磁结构的标准和最好的方法。这些材料中的磁峰很弱，因为它们的旋转尺寸很小，所以你必须使用像我们在这里看到的仪器。”
第二个标准是强自旋轨道耦合，即所有原子的特性。它描述了电子的自旋和它们围绕原子的运动是如何相互关联的。通常，具有更多电子的较大原子表现出更强的自旋轨道效应。然而，虽然这种材料中的锇是一种重而密的元素，但它具有电子构型，可以消除自旋轨道效应。
利用X射线分析，研究人员在阿贡国家实验室能源部科学用户设施的锇盐烧绿石材料中发现了强自旋轨道耦合的证据。
“预计锇中的自旋轨道耦合效应在这种烧绿石材料中应该被抑制或忽略，”Calder说。“但这是首次用X射线技术测量锇基材料。X射线的目的是寻找强旋转轨道耦合的特征，这就是我们看到的。”
考尔德警告说，研究小组的研究不是锇材料中Weyl费米子的直接证据，但它确实表明这种材料是一种潜在的宿主。
“这表明了磁性基态和材料的强旋转轨道耦合的存在，这些都是这些Weyl费米子所必需的，”他说。“很多人只关注铱基材料携带旋转轨道耦合效应，可以为你提供新的物理效应。这说明锇基材料也很重要。”
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！