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搜索固体宇宙中新粒子的40年40年结果
时间:2019-05-15 17:33:25 来源:科学实验在线 作者:匿名



2018年底,中国科学院物理研究所(以下简称中国科学院物理研究所)研究员丁宏发表了不止一个好消息。在中国科学院改革开放40年刚刚发表的40项重大科技成果中,他对拓扑状态的研究是面临科技前沿的15项内容之一。世界。

同时,在实验室中,他的团队在一种特殊的拓扑材料中发现了非传统的手性费米子,它可以通过掺杂实现三维拓扑超导。

“近年来,中国的拓扑状态研究发展迅速。中国科学家的一系列发现解决了根深蒂固的物理问题,使我们能够继续制造低能耗设备。”站在改革开放40周年的新纪元,丁红为多年来中国科学家的成就感到自豪。

从绝缘体到半金属

香港科技大学讲师,中国科学院物理研究所前任研究员戴曦告诉《中国科学报》拓展状态是他在中国科学院12年的中心话题科学。

拓扑状态是与量子效应引起的拓扑性质相关的新的物质状态。对于凝聚态物理学家来说,拓扑状态是近十年来快速发展领域的热点之一。制造低能耗电子器件是研究拓扑状态的最现实的应用。

2009年,首次发现了Bi2Te3和Bi2Se3等拓扑绝缘体。中国科学院物理研究所的理论预测,在这些拓扑状态下,可以实现“量子异常霍尔效应”,也就是说,在这些材料中,没有外部磁场可以用来制作电子运动没有能量消耗。

2011年中国科学院优秀科技成果奖颁发给研究界,以表彰这一成就。几年后,这个理论解决方案得到了实验证实。

随后,科学家们继续扩大视野,将浓缩状态下电子态的拓扑分类从绝缘体扩展到半金属。 2012年至2014年,中国科学院物理研究所研究员方忠和戴曦与几个实验小组合作,从理论上预测和实验发现了两种Dirac半金属碲化物和砷化镉。

寻找实体宇宙中的新粒子

在寻找新的拓扑状态时,新粒子的发现使科学家能够回答许多物理问题。丁宏用“固体宇宙”来描述他研究的对象。 “数以亿计的电子和原子核相互作用形成一种准粒子,决定母体材料的性质。这些准粒子可能遵循与基本粒子相同的物理定律。“丁洪祥《中国科学报》表明拓扑半金属的发现正在寻找构成实体宇宙的这些拓扑准粒子提供了可能性。

例如,Dirac Fermi,Extramother和Majorana Fermi不仅可以以宇宙中的基本粒子的形式存在,而且可以以固体材料的“宇宙”中的准粒子的形式存在,从而形成拓扑。半金属,如Dirac半金属和外半金属。

2015年,根据中国科学院物理研究所翁洪明等研究人员的理论,半金属周围,陈根福集团生产出高质量的大量砷化砷晶体,丁弘团队和合作者不久前在上海使用过它们。完成的“梦想线”角分辨光电子能谱实验台测量了砷化砷晶体,并首次观察到0-1775表面费米弧的特征现象。

这也是英国物理学会49年成就《物理世界》“2015年十大突破”,美国物理学会《物理》“2015年八大亮点”和美国物理学会125周年《物理评论》系列期刊。来自中国的工作......国际科学界已成为这项研究的重点。

这一系列研究使研究人员推测,基本粒子理论中没有的新费米子可能存在于“实体宇宙”中。采用类似的实验方法,鼎宏团队在2017年发现,在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并电子态,为研究固体材料中的电子拓扑状态开辟了新的方向。

最近,关于Mayoana Fermi儿子的研究已经发表。 Ding Hong团队和合作者首次证实了使用单一铁基超导体存在稳定的拓扑超导表面态。然后,丁宏团队与中国科学院物理研究所高红军团队合作,首次通过扫描隧道在超导体中任意观察Mayorana。

“Majorana可以看作是Mayorana Fermi的一半,也就是说,量子位可以分为两个,它可以有效地抵抗局部环境中量子位的破坏,这对于构造是稳定的。应用高容差,可扩展的未来量子计算机具有重要意义。“丁宏介绍。凝聚态物理春天的到来

回顾过去40年改革开放的发展,丁宏认为,多年前,他们需要到国外实验室进行测量,这远远不是前沿的科研要求。 “今天,由中国科学家自主研发的大型科学仪器”上海光源“的”梦想线“为外国费米子和三重退化费米子的发现做出了巨大贡献。”他认为,这得益于这个国家。经济水平的提高是科学研究“硬”环境的进步。

戴曦还说:“在20世纪90年代中后期,我们在理论上遇到的最新成果通常比国外慢了半年。随着今天信息的发展,最新的进展和结果都在接触与国际同步领先优势。“

与此同时,在“软”环境下,改革开放以来,国家出台了一系列鼓励原始创新的政策,也让科学家感到有动力。

此外,在戴希看来,中国在人才培养方面取得了重大进展。近年来,中国科学院的主要研究机构加强了与中国一流大学的学术合作,并在大学中培养了许多优秀的研究小组。从本地大学毕业的博士生的学术水平可以达到很高的标准。

“在国际交流方面,改革开放后,大批中国科学家到国外学习,国家也出台了相应的政策,支持他们重返中国。”丁红说:“这个领域最好的老师已经回到了中国。”前丁宏的研究生原本打算出国留学,只因为这句话留在中国完成博士研究。

在众多行业专家看来,中国凝聚态物理领域的春天已经到来。

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