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电子在新的物质形态中“分裂”

科学家们观察到了被称为马约拉纳费米子的准粒子。

作者:Shannon Palus
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马约拉纳费米子(亮白色,中心)在量子自旋液体中产生波纹状的特征,当中子射向三氯化钌晶体时(左侧显示原子结构)。Genevieve Martin/橡树岭国家实验室

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物理学家发现了一种新的物质状态。 这既是夸大其词,也是轻描淡写:固态、液态和气态的三重态仍然牢固。 重要的是,这种新型物质的行为发生在量子尺度上——从磁性的角度来看,电子的行为就像分裂成两半。

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研究人员在田纳西州橡树岭国家实验室的三氯化钌晶体中检测到这种行为。 他们使用大型粒子加速器向样品发射中子,并观察到当这些中子反弹并溅到探测器上时形成的图案。

晶体中的电子共同产生所谓的准粒子——电子表现得好像它们已经分解了,尽管实际上并没有。 在这里产生的准粒子,被称为马约拉纳费米子,它们本身就是反物质。 它们表明存在一种被称为量子自旋液体的非常规物质状态,这种状态十年前就以这种形式被预测,但此前从未被观察到。

与量子世界中的许多发现一样,这项发表在自然材料(Nature Materials)四月在线版上的研究,可能会为量子计算和材料科学开辟新的途径。 不过,这还有很长的路要走。 现在,研究人员表示,他们很高兴能够观察到自然界的一种新的、奇怪的行为。

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