類軸子粒子在固態晶體中“被捕獲”

科技日報北京10月9日電 （記者劉霞）1977年，科學家首次提出“軸子”（Axion）這一假想粒子，作為對粒子物理學標準模型的擴展。自此，他們一直在“抓捕”軸子，但一無所獲。42年之後，一個國際科研團隊稱，他們在固態晶體中“捕獲”了具有軸子性質的一種粒子，刊發於《自然》雜誌的最新研究有助於促進拓撲材料領域的發展。

據物理學家組織網8日報道，在最新研究中，來自德國馬克斯普朗克固體化學物理研究所、美國普林斯頓大學以及中國科學院大學的科學家攜手，在外爾半金屬（TaSe4）2I中，發現了由外爾型電子（外爾費米子）組成的類軸子粒子的“蛛絲馬跡”。在室温下，（TaSe4）2I是一維晶體，其中的電流由外爾費米子傳導。

普林斯頓大學安德烈·伯恩維格小組預測稱，如果將（TaSe4）2I冷卻到零下11攝氏度以下，這些外爾費米子會凝結成晶體——所謂的“電荷密度波”，使下面的原子晶格變形。剛開始自由的外爾費米子會局部化；而最初的（TaSe4）2I則變成軸子絕緣體。基於（TaSe4）2I的電荷密度波晶體擁有可以傳導電流的軸子，當接觸平行的電場和磁場時，這些軸子會增加晶體的磁電導率，這一點非常反常。

在最新研究中，馬克斯普朗克研究所的克勞迪婭·費爾瑟領導的小組製造出了電荷密度波（TaSe4）2I，並研究了這種材料在電場和磁場作用下的導電性。結果發現，低於零下11攝氏度時，這種材料中的電流實際上由類軸子粒子攜帶。

研究人員稱，研究這種類軸子粒子的新特性有望使科學家更好地瞭解量子粒子，並促進相關拓撲材料領域的發展。