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华人科学家找到“天使粒子”存在的铁证!
选择字体:      人民网  发布时间:2017-07-21

物理学重大突破:科学家找到“天使粒子”

  “今天的成果,是建立在发现量子反常霍尔效应的基础上”

  困扰了物理学界80年的难题是怎样被破解的?张首晟认为,任何科研工作都是建立在已有成果的基础上。天使粒子的发现,得益于先前对量子反常霍尔效应的探索,也是理论和实验结合的成果。

  最初,张首晟按常理做了一项推断:既然马约拉那费米子只有粒子、没有反粒子,那么它就相当于传统粒子的一半。他很快意识到,“一半”的概念就是解决问题的关键。

  早在2008年,张首晟理论就预言了量子反常霍尔效应,这一预言在2013年被清华大学教授薛其坤领衔的清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的实验团队证实。在实验中,随着调节外磁场,反常量子霍尔效应薄膜呈现出量子平台,对应着1、0、-1倍基本电阻单位e2/ h。也就是说,量子世界里的电阻是量子化的,它只能整数倍地跳台阶。

  这给了张首晟一个灵感:马约拉那费米子是通常粒子的一半,既然通常的粒子按整数跳,马约拉那费米子或许就是按半整数跳——它一定会呈现出一个奇特的、“1/2的台阶”。由此,他预言手性马约拉那费米子存在于一种由量子反常霍尔效应薄膜和普通超导体薄膜组成的混合器件中。当把普通超导体置于反常量子霍尔效应薄膜之上时,临近效应使之能够实现手性马约拉那费米子,相应的实验中会多出全新的量子平台,对应 1/2 倍基本电阻单位e2/ h。

  张首晟团队提出的搜寻马约拉那费米子的实验平台:由量子反常霍尔效应薄膜和普通超导体薄膜组成的混合器件。

  在后续的实验验证中,激动人心的成果出现了:王康隆等实验团队确实看到了“1/2的台阶”。这半个基本电阻来源于马约拉那费米子作为半个传统粒子的特殊性质,因此,多出来的半整数量子平台为手性马约拉那费米子的存在提供了有力的印证。

  何庆林、王康隆实验团队和夏晶实验团队在与张首晟理论团队合作下所测量到的与理论预测符合的半量子电导平台,这为马约拉那费米子的发现提供了直接而有力的实验证据。

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