科学家可能意外发现了一种全新的量子粒子

2021年01月12日 11:26 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,从定义上来讲,金属和绝缘体非常不同--但现在来自普林斯顿大学的物理学家们却意外地发现了绝缘体一种意想不到的量子行为,而这种量子行为曾被认为是金属所独有的。这一发现表明了一种全新的量子粒子,该团队称之为中性费米子。

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从本质上说,金属导电而绝缘体则不导电。在分子水平上,这归结于电子在材料中自由移动的程度--在金属中,电子是很容易移动的,而绝缘体显然有着很高的电阻从而阻止了电子的移动。

这场现象带来的一个副效应是,金属可以表现出一种被称为量子振荡的现象。当在极低温度下暴露在磁场中时,电子可以转换成量子态从而导致材料的电阻率发生振荡。然而,这在绝缘体中却不会发生,因为它们的电子不大会移动。或这至少是一个世纪大部分时间里的传统思维。现在,在这项新研究中,普林斯顿大学的研究人员则首次意外地发现了绝缘体中的量子振荡现象。

据了解,该研究团队使用的是二碲化钨晶体(tungsten ditelluride),它在整体上表现得像金属,但当它被刨成像石墨烯那样的二维形式时就变成了绝缘体。当测量单层材料在磁场下的电阻率时,科学家们发现它开始发生振荡。

“这完全出乎了我们的意料,”该研究的论文资深作者Sanfeng Wu指出,“我们问自己,‘这究竟是怎么回事?’我们还没有完全理解。”

目前的理论还无法解释这一现象,但研究者们提出了自己的假设。他们称,振荡的可能不是电子本身,相反,强烈的相互作用可能会创造出新的量子粒子,这些量子粒子会表现出观测到的效果。

由于绝缘体阻碍带电粒子自由移动,这些新粒子必须携带中性电荷。这些假设的中性费米子可以表现出观测到的量子振荡。

研究小组表示,他们还需要做更多的工作来验证中性费米子是否存在或是否有其他的解释来解释他们观察到的奇怪现象。

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