費(fèi)米子

201210)費(fèi)米子是標(biāo)準(zhǔn)模型中物質(zhì)構(gòu)成的基本單元,這些基本的粒子通過(guò)相互作用構(gòu)建了物質(zhì)世界.同時(shí),費(fèi)米子也是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域和量子化學(xué)計(jì)算中需要處理的核心的微觀自由度,對(duì)理解高溫超導(dǎo)電性、刻畫(huà)量子磁性、描述分子結(jié)構(gòu)和功能均起決定性作用.但是在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上模擬多費(fèi)米子模型比較普遍地會(huì)遇到負(fù)符號(hào)問(wèn)題,需要的計(jì)算復(fù)雜度往往隨著粒子數(shù)的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng).而超冷原子系統(tǒng)提供了一種直接對(duì)相互作用費(fèi)米子進(jìn)行量子模擬的有效手段和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),即通過(guò)微觀可控的方式在物理實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)

文希望從引力對(duì)費(fèi)米子散射的角度研究通過(guò)引力場(chǎng)區(qū)分中微子費(fèi)米子類型的可能性.對(duì)Levi-Civita 聯(lián)絡(luò)按宇稱變換做分解,在引力場(chǎng)對(duì)費(fèi)米子散射微擾論最低階近似以及弱引力近似下,發(fā)現(xiàn)一般度規(guī)的引力場(chǎng)對(duì)狄拉克和馬約拉納費(fèi)米子量子散射矩陣元差別來(lái)自宇稱變換下類似矢量的部分;對(duì)克爾度規(guī)的引力場(chǎng)散射,證實(shí)不同類型費(fèi)米子的散射差別與克爾引力源的角動(dòng)量相關(guān),其散射矩陣元正比于引力源的質(zhì)量與角動(dòng)量乘積的平方.以上結(jié)果為通過(guò)引力場(chǎng)區(qū)分費(fèi)米子類型提供了另外一種可能的方法.1

行為。玻色子和費(fèi)米子1952年，諾貝爾獎(jiǎng)得主利昂·庫(kù)珀（Leon Cooper）發(fā)現(xiàn)，在正常的超導(dǎo)體（而不是之后發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體）中，電子會(huì)聯(lián)合起來(lái)形成庫(kù)珀對(duì)，它們可以毫無(wú)阻力地在原子晶格中滑行。雖然電子屬于一類被稱為費(fèi)米子的粒子，但庫(kù)珀對(duì)卻是以玻色子的方式行事，遵循著與費(fèi)米子截然不同的規(guī)則。玻色子和費(fèi)米子的體系通常表現(xiàn)得非常不同。費(fèi)米子遵循泡利不相容原理，也就是說(shuō)，在費(fèi)米子組成的系統(tǒng)中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的費(fèi)米子不能占據(jù)相同的量子態(tài)。費(fèi)米子與玻色子的主要區(qū)別但

引入.但對(duì)于多費(fèi)米子系統(tǒng)，這多少顯得有些突兀.筆者認(rèn)為，量子諧振子的代數(shù)解法并不是建立二次量子化表述的必要知識(shí).相反，對(duì)量子諧振子的提前了解甚至?xí)?dǎo)致一些不必要的混淆.例如，當(dāng)考慮多個(gè)處于諧振子勢(shì)中的全同費(fèi)米子時(shí)，學(xué)生容易對(duì)以下事實(shí)產(chǎn)生混淆：?jiǎn)沃C振子的能量量子產(chǎn)生和湮沒(méi)算符滿足單模玻色子的正則對(duì)易關(guān)系；而二次量子化中真實(shí)費(fèi)米子的產(chǎn)生和湮沒(méi)算符卻滿足正則反對(duì)易關(guān)系.如Sakurai等人所著的《現(xiàn)代量子力學(xué)》[5]一書(shū)中所指出的，引入產(chǎn)生和湮沒(méi)算符的正則對(duì)易或

5)研究了基本費(fèi)米子的質(zhì)量分布,并找到一組描述基本費(fèi)米子質(zhì)量在特定分布模式下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式.這啟發(fā)我們對(duì)基本費(fèi)米子質(zhì)量等級(jí)和基本費(fèi)米子具有三代的根源進(jìn)行深入的思考,提出了一種理論模型,解釋了基本費(fèi)米子為什么具有三代,并討論了基本費(fèi)米子質(zhì)量等級(jí)和自旋的起源.1 引言在標(biāo)準(zhǔn)模型框架下,共有三代基本費(fèi)米子,每代基本費(fèi)米子包含一對(duì)夸克和一對(duì)輕子.三代夸克和帶電輕子都具有質(zhì)量.中微子振蕩實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明至少有兩種中微子也具有質(zhì)量[1-3].基本費(fèi)米子質(zhì)量是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模

uby 晶格中費(fèi)米子行為,在團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)平均場(chǎng)理論框架內(nèi)將格點(diǎn)模型映射為有效自洽場(chǎng)中的雜質(zhì)模型后用連續(xù)-時(shí)間量子蒙特卡羅算法求解雜質(zhì)模型.基于自洽計(jì)算的結(jié)果,用最大熵方法得到各向異性ruby 晶格中具有相互作用的費(fèi)米子體系的單粒子態(tài)密度和雙占據(jù)數(shù)后討論了溫度(T)、相互作用(U)和各向異性參數(shù)(λ)對(duì)體系的金屬-絕緣相變的影響.最后給出各向異性ruby 晶格中費(fèi)米子體系的溫度-相互作用相圖,研究結(jié)果表明,低溫和弱相互作用范圍體系處在金屬相,而在高溫和強(qiáng)相互作

輸運(yùn)中馬約拉納費(fèi)米子與雜質(zhì)自旋的相互作用， 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生溫差驅(qū)動(dòng)的自旋相關(guān)電流， 得到了馬約拉納費(fèi)米子導(dǎo)致的熱自旋流.在大溫差下， 馬約拉納費(fèi)米子與量子點(diǎn)強(qiáng)耦合時(shí)， 電流與門電壓趨于線性關(guān)系， 體現(xiàn)了馬約拉納費(fèi)米子的魯棒性， 且馬約拉納費(fèi)米子導(dǎo)致的自旋流具有振蕩特性， 其零點(diǎn)個(gè)數(shù)與雜質(zhì)自旋角量子數(shù)相關(guān).1 引 言馬約拉納費(fèi)米子是意大利物理學(xué)家馬約拉納在狄拉克方程的基礎(chǔ)上提出的一種粒子， 在高能物理中人們尋找其身影已很多年[1-3].馬約拉納費(fèi)米子具有拓

者研究發(fā)現(xiàn)：仲費(fèi)米子零模編織過(guò)程對(duì)局域噪聲免疫，并且保持量子互文資源守恒，因此有望通過(guò)編織操作和魔術(shù)態(tài)萃取等手段進(jìn)行普適、容錯(cuò)的量子計(jì)算。該成果8月9日以研究長(zhǎng)文的形式在線發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊《PRX量子》上，并被選為編輯推薦文章。在實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算的過(guò)程中，馬約拉納零模的實(shí)驗(yàn)制備一直是研究熱點(diǎn)，但迄今為止仍然沒(méi)有實(shí)驗(yàn)?zāi)苊鞔_驗(yàn)證它的存在。除實(shí)驗(yàn)困難外，馬約拉納零模體系還有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是它們的編織不足以在拓?fù)浔Ｗo(hù)下實(shí)現(xiàn)通用量子門；二是一種名為準(zhǔn)粒子中毒的機(jī)

ajorana費(fèi)米子（Majorana fermions，MFs）的存在［1］.MFs是自身的反粒子，遵從非阿貝爾統(tǒng)計(jì).作為非阿貝爾任意子，MFs受拓?fù)浔Ｗo(hù)，環(huán)境的局域干擾無(wú)法破壞非局域的MFs，從而不會(huì)受到退相干的影響，因此，在拓?fù)淞孔佑?jì)算中有重要應(yīng)用［2-3］.實(shí)驗(yàn)上用銻化銦（InSb）或砷化銦（InAs）強(qiáng)自旋-軌道耦合的半導(dǎo)體納米線，與s-波超導(dǎo)體形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合超導(dǎo)電性作用以及外加磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)一維拓?fù)涑瑢?dǎo)體，在其兩端產(chǎn)生MFs［4］.由于一維拓?fù)涑?/div>

首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2021年1期2021-02-07

23808)重費(fèi)米子超導(dǎo)體是一類典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)和非常規(guī)超導(dǎo)系統(tǒng),超導(dǎo)的產(chǎn)生與量子臨界漲落有著緊密的關(guān)系.在實(shí)際材料中,不同結(jié)構(gòu)體系的重費(fèi)米子超導(dǎo)體往往表現(xiàn)出非常不同的競(jìng)爭(zhēng)序和超導(dǎo)性質(zhì),表明f電子的行為對(duì)材料的結(jié)構(gòu)特征具有敏感依賴性.特別是最近幾年的超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究,表明具體材料的實(shí)際電子結(jié)構(gòu)對(duì)重費(fèi)米子超導(dǎo)的性質(zhì)具有重要影響.本文將簡(jiǎn)要介紹幾類典型重費(fèi)米子體系的最新研究進(jìn)展,并結(jié)合實(shí)際材料的強(qiáng)關(guān)聯(lián)能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算、唯象量子臨界漲落特征和Eliashberg超導(dǎo)理論,發(fā)

)手征馬約拉納費(fèi)米子是具有手性的無(wú)質(zhì)量費(fèi)米子， 是其本身的反粒子， 只能存在于1+1維(即1維空間+1維時(shí)間)或者9+1維. 在凝聚態(tài)物理中， 1維手征馬約拉納費(fèi)米子可看成1/2分?jǐn)?shù)化的狄拉克費(fèi)米子， 并作為二維拓?fù)鋺B(tài)的邊緣元激發(fā). 奇數(shù)個(gè)手征馬約拉納費(fèi)米子邊緣態(tài)的存在也預(yù)示著體系中存在滿足非阿貝爾量子統(tǒng)計(jì)的伊辛任意子. 手征馬約拉納費(fèi)米子也可進(jìn)行非阿貝爾編織， 理論上可用來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算，因此近年來(lái)在凝聚態(tài)物理研究中引起了廣泛的興趣. 本文從二維拓?fù)鋺B(tài)

觀測(cè)到馬約拉納費(fèi)米子出現(xiàn)的證據(jù)，這是科學(xué)家首次在一個(gè)可擴(kuò)展平臺(tái)上觀測(cè)到這一粒子。在最新研究中，MIT和香港科技大學(xué)研究人員在他們?cè)O(shè)計(jì)和制造的材料系統(tǒng)中觀察到了馬約拉納費(fèi)米子存在的證據(jù)。該系統(tǒng)由超導(dǎo)材料釩上生長(zhǎng)的金納米線組成，其上布滿擁有鐵磁性的硫化銪小“島”。當(dāng)研究人員掃描這些“島”附近表面時(shí)，看到金最頂層表面出現(xiàn)接近零能量的特征峰值信號(hào)。理論指出，該種峰值只能由馬約拉納費(fèi)米子對(duì)產(chǎn)生。

正反粒子相同的費(fèi)米子，這就是馬約拉納費(fèi)米子。據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）網(wǎng)站2020年4月14日的報(bào)道，美中科學(xué)家攜手在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上撰文指出，研究人員首次在金屬金的表面發(fā)現(xiàn)了馬約拉納費(fèi)米子存在的證據(jù)，研究人員在釩上生長(zhǎng)的金納米線上設(shè)置了布滿帶有磁性的硫化銪凸點(diǎn)。通過(guò)掃描這些凸點(diǎn)的周圍，發(fā)現(xiàn)能夠檢測(cè)到能量為0的特征峰值，而這種峰值就是馬約拉納費(fèi)米子產(chǎn)生的重要證據(jù)之一。這是科學(xué)家第一次在一個(gè)可以擴(kuò)展的平臺(tái)上觀察到這一粒子存在的證據(jù)，也是構(gòu)造量子比特

027)1 重費(fèi)米子的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀重費(fèi)米子材料是一類典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系,通常存在于含有f-電子的鑭系或者錒系金屬間化合物中, 近期在一些過(guò)渡金屬化合物中也發(fā)現(xiàn)了類似的重費(fèi)米子行為.CeAl3是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的重費(fèi)米子化合物[1], 該材料在低溫表現(xiàn)出典型的費(fèi)米液體行為, 即電阻正比于溫度的平方, 且比熱與溫度呈線性關(guān)系, 但其零溫比熱系數(shù)高達(dá)1.62 J/(mol·K2),比常規(guī)金屬高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)(如Cu或Au的電子比熱大約1 mJ/(mol·K2))

4） 描述的是費(fèi)米子-玻色子模型中Feshbach 共振附近費(fèi)米子氣體超流中的BCS-BEC跨越現(xiàn)象.費(fèi)米子-玻色子模型由于它的特殊性，吸引了廣大學(xué)者的關(guān)注和研究.1987 年，桑建平等[1]對(duì)相互作用的玻色子-費(fèi)米子模型進(jìn)行了微觀研究， 然后給出了與試驗(yàn)符合很好的EU 基態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的理論計(jì)算譜.1992 年，人們發(fā)現(xiàn)了 BCS-BEC 跨越現(xiàn)象，Drechsler M 等[2]和 Sa de Melo C A R 等[3]對(duì)費(fèi)米子-玻色子模型中Feshba

ajorona費(fèi)米子存在的證據(jù)。但由于可能的拓?fù)涑瑢?dǎo)材料的臨界溫度普遍較低等原因，對(duì)它的研究進(jìn)展緩慢，現(xiàn)有的拓?fù)涑瑢?dǎo)的工作也存在較大爭(zhēng)議。為找到更多直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)證明拓?fù)涑瑢?dǎo)體的存在，在項(xiàng)目中，閆亞軍以STM作為研究超導(dǎo)體表面電子態(tài)和超導(dǎo)電性的有力工具。她說(shuō)，STM是目前研究超導(dǎo)材料的最有力的手段之一，已在銅基、鐵基等非常規(guī)超導(dǎo)體和拓?fù)浣^緣體表面態(tài)的研究中起到了非常重要的作用。STM可以運(yùn)行于極低溫，有非常高的實(shí)空間和能量分辨率，它不僅可以觀察樣品表面原

驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子等成果紛紛入圍。但是，衡量中國(guó)科技的國(guó)際地位，需要更全面的審度和更客觀的證據(jù)，科技管理人員與科研人員也需對(duì)自身科研成果在國(guó)際上的水平與地位有更清晰、更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。為此，本文從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度，以新奇費(fèi)米子研究為例，利用客觀數(shù)據(jù)來(lái)分析我國(guó)重大科技進(jìn)展是否確實(shí)發(fā)揮了開(kāi)創(chuàng)作用，是否引領(lǐng)了新的方向。選擇新奇費(fèi)米子作為實(shí)證分析對(duì)象的原因在于，我國(guó)中科院物理研究所近幾年在新奇費(fèi)米子研究領(lǐng)域持續(xù)取得突破。幾乎同一時(shí)間段，中科院物理所團(tuán)隊(duì)、普林斯頓大學(xué)

子算符對(duì)初始的費(fèi)米子算符的展開(kāi)系數(shù)只相差一個(gè)常數(shù)相因子. 所以，最后的結(jié)論是BdG對(duì)角化跟Schur分解兩種方法是等價(jià)的.BdG對(duì)角化方法； Schur分解； Majonara費(fèi)米子； 粒子-空穴對(duì)稱； 拓?fù)浣^緣體求解一個(gè)哈密頓量的本征值和本征函數(shù)，人們通常采用的數(shù)值計(jì)算方法是Bogoliubov-de Gennes(BdG)對(duì)角化方法[1-4]. 問(wèn)題是在某些情況下該方法可能需要擴(kuò)大自由度的維數(shù)[5]，從而產(chǎn)生偽態(tài). Kitaev[6]在2000年提出一

運(yùn)動(dòng)）馬約拉納費(fèi)米子，引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。該成果由加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校何慶林、王康隆課題組和美國(guó)斯坦福大學(xué)教授張首晟課題組、上海科技大學(xué)寇煦豐課題組等多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)共同完成，論文通訊作者為何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆。2010年到2015年，張首晟團(tuán)隊(duì)連續(xù)發(fā)表3篇論文，預(yù)言了實(shí)現(xiàn)馬約拉納費(fèi)米子的體系及用以驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方案。王康隆團(tuán)隊(duì)等依照他的理論預(yù)測(cè)，成功發(fā)現(xiàn)了馬約拉納費(fèi)米子存在的“鐵證”。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek評(píng)價(jià)這項(xiàng)工作時(shí)說(shuō):“張

子又分為兩種：費(fèi)米子和玻色子，分別以美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)米和印度物理學(xué)家玻色的名字命名。東方西方哲學(xué)家都認(rèn)為，人類似乎生活在一個(gè)充滿正反對(duì)立的世界：有正數(shù)必有負(fù)數(shù)，有存款必有負(fù)債，有陰必有陽(yáng)，有善必有惡，有天使必有惡魔。1928年，偉大的理論物理學(xué)家狄拉克作出驚人的預(yù)言：宇宙中的每個(gè)基本粒子都有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的反粒子——電荷相反的“雙胞胎”。當(dāng)粒子與反粒子相遇時(shí)，它們會(huì)湮滅，同時(shí)釋放出一股能量。果然，幾年后第一個(gè)反物質(zhì)——電子的反粒子被發(fā)現(xiàn)。從此以后，宇宙中有粒子

到 “馬約拉納費(fèi)米子”，而是將之稱為“馬約拉納費(fèi)米子模”，一字之差，大有文章。以下援引張首晟教授發(fā)表在2017年07月27日《 人民日?qǐng)?bào) 》22版上的署名文章，以正視聽(tīng)。我們所探求的方程式就是大自然的詩(shī)歌。這是一首很美的詩(shī)。當(dāng)我們遇到這些濃縮精粹的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們就會(huì)有美的感受……當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、自然現(xiàn)象等等客觀因素與科學(xué)家的主觀情感在一個(gè)更高層次上達(dá)到和諧統(tǒng)一的時(shí)候，科學(xué)就和藝術(shù)一樣獲得了美感?！杂凇犊茖W(xué)中國(guó)人》雜志對(duì)張首晟教授的采訪，詳見(jiàn)2012年第24

觀測(cè)到三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子，為固體材料中電子拓?fù)鋺B(tài)研究開(kāi)辟了新的方向。外界評(píng)價(jià)這次發(fā)現(xiàn)具有重大意義—打破常規(guī)分類的新型費(fèi)米子研究，對(duì)于深入理解基本粒子性質(zhì)具有重要意義。更為難得的是，該項(xiàng)研究從理論預(yù)言、樣品制備到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的全過(guò)程都由我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成。這個(gè)吸引全世界目光的成果出自中科院物理所一群年輕的科學(xué)家。翁紅明、錢天、石友國(guó)是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的骨干成員，他們來(lái)自不同的省市，學(xué)著不同的專業(yè)。但是，他們又有著同樣的經(jīng)歷，比如都在90年代中后期進(jìn)入大學(xué)，在21世紀(jì)初留學(xué)日

本的單位，分為費(fèi)米子和玻色子兩種。1928年，英國(guó)理論物理學(xué)家保羅·狄拉克（P.A.M.Dirac）預(yù)言：宇宙中每一個(gè)基本費(fèi)米粒子必然有相對(duì)應(yīng)的反粒子。這一理論曾被視為真理。1937年，意大利理論物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納（E.Majorana）預(yù)言了存在這樣一種粒子——反粒子就是其本身，即馬約拉納費(fèi)米子。目前的基本粒子中，除了仍缺乏本質(zhì)了解的中微子外，尚無(wú)已知的馬約拉納費(fèi)米子?？茖W(xué)家一直試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)尋找馬約拉納費(fèi)米子，并在近五年內(nèi)發(fā)現(xiàn)了馬約拉納費(fèi)米子存在的

了粒子自旋，即費(fèi)米子和玻色子的背后原因。文中并對(duì)外爾費(fèi)米子及馬約拉納費(fèi)米子的成因及可能的發(fā)展遠(yuǎn)景作了探討。概述本文繼續(xù)對(duì)《關(guān)于量子力學(xué)-經(jīng)典力學(xué)-相對(duì)論力學(xué)的統(tǒng)一性理論可行性研究》一文作拓展研究，文章分為四部分。第一部分，題解了三合一量子軌道方程，其中，發(fā)射能量后的軌道，正與零點(diǎn)能理論相一致，這說(shuō)明，在量子力學(xué)中，雖然粒子的能量是通過(guò)諧振子，一份一份發(fā)出去的，但諧振子與諧振子之間是連續(xù)的，通過(guò)零點(diǎn)能的橋梁作用，使粒子既有粒子性，又有波動(dòng)性，這就從根本上證明

已發(fā)現(xiàn)馬約拉那費(fèi)米子，驗(yàn)證了80年前提出的預(yù)測(cè)——存在一類沒(méi)有反粒子的粒子，從而結(jié)束了對(duì)這一神秘粒子的漫長(zhǎng)追尋。張首晟1963年生于上海，2007年，他發(fā)現(xiàn)的“量子自旋霍爾效應(yīng)”被《科學(xué)》雜志評(píng)為當(dāng)年“全球十大重要科學(xué)突破”之一，他還包攬了物理學(xué)界所有重量級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)（歐洲物理獎(jiǎng)、美國(guó)物理學(xué)會(huì)巴克萊獎(jiǎng)、國(guó)際理論物理學(xué)中心狄拉克獎(jiǎng)、尤里基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)和富蘭克林獎(jiǎng)?wù)拢?。他多年被湯森路透預(yù)測(cè)會(huì)得到諾貝爾獎(jiǎng)，導(dǎo)師楊振寧評(píng)價(jià)其“獲得諾貝爾獎(jiǎng)只是時(shí)間問(wèn)題”。張首晟將馬約拉那費(fèi)

jorana）費(fèi)米子，為持續(xù)了整整80年的科學(xué)探索畫(huà)上了圓滿的句號(hào)。從2010年到2015年，斯坦福大學(xué)的張首晟團(tuán)隊(duì)連續(xù)發(fā)表三篇論文，精準(zhǔn)預(yù)言了實(shí)現(xiàn)馬約拉納費(fèi)米子的體系及用以驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方案。加州大學(xué)洛杉磯分校的王康隆等實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)依照張首晟的理論預(yù)測(cè)，成功發(fā)現(xiàn)了手性馬約拉納費(fèi)米子。這顆粒子的發(fā)現(xiàn)將引發(fā)新一輪電子計(jì)算革命?；玖Ｗ邮鞘裁丛谖锢韺W(xué)領(lǐng)域，構(gòu)成物質(zhì)最小、最基本的單位被稱為“基本粒子”。它們是在不改變物質(zhì)屬性前提下的最小體積物質(zhì)?；玖Ｗ佑址譃閮煞N：費(fèi)米

01)馬約拉納費(fèi)米子-量子點(diǎn)雜化系統(tǒng)輸運(yùn)性質(zhì)的研究毛 祥, 吳紹全*(四川師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院， 四川 成都 610101)從理論上研究馬約拉納費(fèi)米子-量子點(diǎn)雜化系統(tǒng)的輸運(yùn)性質(zhì).基于廣義主方程方法,計(jì)算通過(guò)此系統(tǒng)的電流、微分電導(dǎo)和Fano因子.計(jì)算結(jié)果表明:馬約拉納費(fèi)米子與量子點(diǎn)中電子的耦合導(dǎo)致系統(tǒng)的零偏置反常,而2個(gè)馬約拉納費(fèi)米子的耦合壓制系統(tǒng)的零偏置反常.馬約拉納費(fèi)米子； 零偏置反常； 主方程方法； 微分電導(dǎo)； Fano因子在最近幾年，針對(duì)拓?fù)?/div>

四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2017年4期2017-09-15

效應(yīng)”、“外爾費(fèi)米子”之后，最近中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）的科研團(tuán)隊(duì)在拓?fù)湮飸B(tài)研究領(lǐng)域又取得了重大突破，首次觀測(cè)到三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子，為固體材料中電子拓?fù)鋺B(tài)研究開(kāi)辟了新的方向。早在2016年4月，該所的翁紅明、方辰、戴希、方忠就預(yù)言在一類具有碳化鎢晶體結(jié)構(gòu)的材料中存在三重簡(jiǎn)并的電子態(tài)，其準(zhǔn)粒子就是三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子，這是不同于四重簡(jiǎn)并的狄拉克費(fèi)米子和兩重簡(jiǎn)并的外爾費(fèi)米子的新型費(fèi)米子。該所石友國(guó)指導(dǎo)博士生馮子力迅速制備出碳化鎢家族中的MoP

ajorana費(fèi)米子的存在。這一發(fā)現(xiàn)，驗(yàn)證了由意大利理論物理學(xué)家Ettore Majorana在80年前提出的預(yù)測(cè)——存在一類沒(méi)有反粒子的粒子。同時(shí)也證明了存在一種比量子還小的單位，這將對(duì)現(xiàn)在的量子理論帶來(lái)巨大的改變。80年漫長(zhǎng)的尋覓1928年，英國(guó)理論物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Adrie Maurice Dirac）提出了著名的狄拉克方程式。這一發(fā)現(xiàn)，從理念上預(yù)言了正電子的存在，狄拉克提出：宇宙中每一個(gè)基本粒子必然有相對(duì)應(yīng)的反粒子。1932年，美國(guó)

傳統(tǒng)分類的新型費(fèi)米子——三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子，為固體材料中電子拓?fù)鋺B(tài)研究開(kāi)辟了新的方向。該發(fā)現(xiàn)從理論預(yù)言、樣品制備到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的全過(guò)程，均由中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成。組成宇宙的基本粒子可分為玻色子和費(fèi)米子。費(fèi)米子是自旋量子數(shù)為半整數(shù)的基本粒子，遵從泡利不相容原理，即一個(gè)量子態(tài)只能被一個(gè)粒子所占據(jù)。量子場(chǎng)論和相對(duì)論告訴我們，宇宙中遵守費(fèi)米統(tǒng)計(jì)的費(fèi)米子只可能有三種，即有質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子、無(wú)質(zhì)量的具有相反手性的外爾費(fèi)米子、正反粒子相同的馬約拉納費(fèi)米子。在特定條件下，一個(gè)帶有

的手性馬約拉納費(fèi)米子模式》（Chiral Majorana Fermion Modes in a Quantum Anomalous Hall Insulator-Superconductor Structure），論文的標(biāo)題讀起來(lái)或許有些拗口，但它所展示的是通過(guò)凝聚態(tài)物理學(xué)技術(shù)，一種新的手段，模擬出了一種僅僅在理論中存在的奇異粒子。1928年，英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）將量子力學(xué)的基礎(chǔ)——薛定諤方程進(jìn)行推廣，使之與狹義相對(duì)論相容，提

ajorana費(fèi)米子。FIG.1 拓?fù)浣^緣體特性與潛在應(yīng)用的示意圖 (from Nano Lett.,2014,14:3779)。電子結(jié)構(gòu)特征和表面態(tài)輸運(yùn)特性一覽無(wú)遺。Majorana費(fèi)米子的登場(chǎng)牽涉到物理學(xué)的終極學(xué)問(wèn)。物理學(xué)認(rèn)定物質(zhì)與反物質(zhì)的C對(duì)稱性。宇宙中，一種粒子一定存在另一種特定物性相反的粒子，以電子和正電子的發(fā)現(xiàn)而引人入勝。宇宙大爆炸之所以形成如今的星際形態(tài)，皆因物質(zhì)反物質(zhì)發(fā)生對(duì)稱性破缺（這可是場(chǎng)論者為數(shù)很少的從凝聚態(tài)物理學(xué)去的概念）使得正物質(zhì)比

算了在背景場(chǎng)中費(fèi)米子有效勢(shì)能的領(lǐng)頭階貢獻(xiàn)，重點(diǎn)討論了背景場(chǎng)的引入以及費(fèi)米子的質(zhì)量、化學(xué)勢(shì)對(duì)有效勢(shì)能的影響。背景場(chǎng)；質(zhì)量；化學(xué)勢(shì)；有效勢(shì)能1 引言在由哈密頓量H和由粒子數(shù)算符Ni描述的系統(tǒng)里，密度矩陣是平衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本研究對(duì)象，其中β=1/T。除此之外，巨正則配分函數(shù)Z= Z( V, T,μ1,μ2,)是熱力學(xué)當(dāng)中最重要的物理量，通過(guò)這一物理量，我們可以得到系統(tǒng)在無(wú)限大體積極限下的所有熱力學(xué)性質(zhì)，形式為其中，P為壓強(qiáng)，N為粒子數(shù)，S為熵。在漸近自由的極限下

26001)?費(fèi)米子隧穿輻射研究陳兵兵(四川民族學(xué)院數(shù)學(xué)系，四川康定 626001)本文在對(duì)標(biāo)量粒子和矢量粒子隧穿輻射研究的基礎(chǔ)上探討了費(fèi)米子的隧穿輻射。首先對(duì)霍金輻射研究作了綜述，然后討論了狄拉克方程，利用WKB近似，研究了二維時(shí)空中費(fèi)米子的隧穿輻射，通過(guò)對(duì)隧穿率的討論，最后求得黑洞的霍金溫度。研究結(jié)果表明：黑洞的霍金溫度同樣可以通過(guò)費(fèi)米子的隧穿行為得到。二維時(shí)空；費(fèi)米子；狄拉克方程霍金利用彎曲時(shí)空的量子觀點(diǎn)證明了黑洞存在熱輻射現(xiàn)象[1]，在此基礎(chǔ)上，人

子——馬約拉納費(fèi)米子（Majorana fermion）的論文。在物理學(xué)領(lǐng)域，基本粒子有兩大家族：費(fèi)米子家族（如電子、質(zhì)子）和玻色子家族（如光子、介子），分別以物理學(xué)家費(fèi)米和玻色的名字命名。一般認(rèn)為，每一種粒子都有它的反粒子，費(fèi)米子和它的反粒子就像一對(duì)長(zhǎng)相一模一樣但脾氣完全相反的雙胞胎兄弟，兩兄弟一見(jiàn)面就“大打出手”，產(chǎn)生的能量甚至?xí)屗鼈兯查g湮滅。然而在1937年，意大利物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納預(yù)言，自然界中可能存在一類特殊的費(fèi)米子，其反粒子不但和自己長(zhǎng)

51）半狄拉克費(fèi)米子勢(shì)壘透射系數(shù)的計(jì)算胡靖1程鯤2黃備兵2*（1.鹽城工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，江蘇鹽城 224051；2.鹽城工學(xué)院 數(shù)理學(xué)院，江蘇鹽城 224051）通過(guò)求解半狄拉克費(fèi)米子勢(shì)壘問(wèn)題的定態(tài)薛定諤方程，得到了半狄拉克費(fèi)米子的透射系數(shù)與其入射到勢(shì)壘方向之間的關(guān)系。本文分別計(jì)算了勢(shì)壘在 x和 y方向上半狄拉克費(fèi)米子的透射系數(shù)。這些結(jié)果表明半狄拉克費(fèi)米子可以同時(shí)展現(xiàn)單層和雙層石墨烯的勢(shì)壘透射行為，為研究半狄拉克費(fèi)米子的輸運(yùn)行為提供了有價(jià)值的理論參考。

究團(tuán)隊(duì)的“外爾費(fèi)米子研究”入選其中。外爾費(fèi)米子是科學(xué)家追逐了近一個(gè)世紀(jì)的“幽靈粒子”。如果告訴你，利用這種神秘莫測(cè)的外爾費(fèi)米子，手機(jī)充一次電就能用個(gè)一年半載，你相信嗎？1929年，德國(guó)科學(xué)家赫爾曼·外爾最先提出，微觀世界存在一類性質(zhì)特殊的粒子，這種粒子沒(méi)有質(zhì)量，具有左旋和右旋兩種不同的屬性。后來(lái)科學(xué)家稱之為“外爾費(fèi)米子”（費(fèi)米是意大利物理學(xué)家）。由于其特殊的物理性質(zhì)，外爾費(fèi)米子極有可能給集成電路等領(lǐng)域帶來(lái)重大變革。然而經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的研究和探索，到2015

究團(tuán)隊(duì)的“外爾費(fèi)米子研究”入選其中。外爾費(fèi)米子是科學(xué)家追逐了近一個(gè)世紀(jì)的“幽靈粒子”。如果告訴你，利用這種神秘莫測(cè)的外爾費(fèi)米子，手機(jī)充一次電就能用個(gè)一年半載，你相信嗎？“幽靈粒子”的發(fā)現(xiàn)之旅1929年，德國(guó)科學(xué)家赫爾曼·外爾最先提出，微觀世界存在一類性質(zhì)特殊的粒子，這種粒子沒(méi)有質(zhì)量，具有左旋和右旋兩種不同的手性。后來(lái)科學(xué)家稱之為“外爾費(fèi)米子”（費(fèi)米是意大利物理學(xué)家）。由于其特殊的物理性質(zhì)，外爾費(fèi)米子極有可能給集成電路等領(lǐng)域帶來(lái)重大變革。然而經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的

子——Ⅱ型威爾費(fèi)米子。研究人員推斷，這種粒子存在于二碲化鎢中。他們將之比作“物質(zhì)宇宙”，因?yàn)樗瑤追N不同的粒子，這些粒子有的就存在于我們的宇宙中，其他的可能只存在于某些特別的晶體中。 這種新發(fā)現(xiàn)的粒子是威爾費(fèi)米子的表親，也是標(biāo)準(zhǔn)量子場(chǎng)論的粒子之一。該項(xiàng)研究由普林斯頓大學(xué)物理系副教授B.安德烈·百奈威、瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)研究所的馬提亞·特耶羅和阿列克謝·索盧亞諾夫以及中國(guó)科學(xué)院物理研究所的戴希牽頭，團(tuán)隊(duì)成員有普林斯頓大學(xué)博士后研究助理王志軍和瑞士蘇黎世聯(lián)邦

觀測(cè)到馬約拉納費(fèi)米子的依據(jù)，主要是基于其能量為零這一特點(diǎn)。而上海交通大學(xué)賈金鋒團(tuán)隊(duì)不僅研究能量為零，還將注意力放在了馬約拉納費(fèi)米子具有自旋特性這一關(guān)鍵點(diǎn)上，因而研究結(jié)論更有說(shuō)服力。2016年6月22日，《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）在線發(fā)表了上海交通大學(xué)賈金鋒團(tuán)隊(duì)的研究報(bào)告，通過(guò)獨(dú)特的材料學(xué)方法和探測(cè)儀器，賈金鋒團(tuán)隊(duì)觀察到了馬約拉納費(fèi)米子存在的直接證據(jù)——自旋極化電流現(xiàn)象，這是物理學(xué)家在1937年做出預(yù)言后，實(shí)驗(yàn)室里頭一

神秘粒子：外爾費(fèi)米子萬(wàn)賢綱，王強(qiáng)華南京大學(xué)物理學(xué)院與人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心在相對(duì)論量子力學(xué)框架下的標(biāo)準(zhǔn)模型中，基本粒子有費(fèi)米型和玻色型兩大類。而費(fèi)米子又可進(jìn)一步分為三種，即外爾費(fèi)米子（無(wú)質(zhì)量）、狄拉克費(fèi)米子（有質(zhì)量），和馬約拉那費(fèi)米子（為其自身的反粒子）。這里質(zhì)量指靜止質(zhì)量（下同）。大多數(shù)費(fèi)米子都是狄拉克費(fèi)米子，如夸克和輕子，以及它們的反粒子。外爾費(fèi)米子由于沒(méi)有質(zhì)量，具有對(duì)狄拉克費(fèi)米子來(lái)說(shuō)額外的守恒量或好量子數(shù)，即手征：動(dòng)量方向與自旋方向平行的稱為

ajorana費(fèi)米子.自旋軌道耦合；拓?fù)涑?；Majorana費(fèi)米子；FFLO超流0 引 言最近幾年，冷原子物理實(shí)驗(yàn)取得了突破性的進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)人員先后實(shí)現(xiàn)了多種凝聚態(tài)強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的模擬，如費(fèi)米超流、Hubbard模型[1]等.但是由于原子是中性粒子，所以利用冷原子模擬帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一直是件困難的事.不過(guò)自2009年以來(lái)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的Spielman小組根據(jù)雙光子拉曼耦合方案，先后實(shí)現(xiàn)了人造規(guī)范場(chǎng)、自旋軌道耦合的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體[2].隨后,山

介紹了馬約拉納費(fèi)米子及其性質(zhì);然后引入量子態(tài)的Bloch球表示以及轉(zhuǎn)動(dòng)算符,通過(guò)量子操控技術(shù)實(shí)現(xiàn)量子態(tài)繞z軸的任意角旋轉(zhuǎn)及繞xoy平面的任意軸π旋轉(zhuǎn);最后通過(guò)數(shù)學(xué)方法證明了2個(gè)和4個(gè)馬約拉納粒子與量子點(diǎn)構(gòu)成的體系不能實(shí)現(xiàn)繞x軸和y軸旋轉(zhuǎn)任意角。馬約拉納準(zhǔn)粒子; Bloch球; 量子點(diǎn); 轉(zhuǎn)動(dòng)算符0 引 言量子力學(xué)是21世紀(jì)的兩大理論物理支柱之一,基于量子力學(xué)發(fā)展起來(lái)的量子信息科學(xué)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。量子信息是關(guān)于量子系統(tǒng)“狀態(tài)”所帶有的物理信息,它是計(jì)算機(jī)、

態(tài)——Weyl費(fèi)米子中國(guó)科學(xué)院物理研究所的研究人員在世界上首次發(fā)現(xiàn)了具有“手性”的電子態(tài)——Weyl費(fèi)米子。1929年，德國(guó)科學(xué)家H. Weyl指出，無(wú)“質(zhì)量”（即線性色散）電子可分為左旋和右旋2種不同“手性”，這就是Weyl費(fèi)米子。但長(zhǎng)期以來(lái)，人們從未在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到Weyl費(fèi)米子。2014年，中科院物理所的研究人員首次預(yù)言在TaAs、TaP、NbAs和NbP等材料體系中可實(shí)現(xiàn)2種“手性”電子的分離。研究人員首先制備出了具有原子級(jí)平整表面的大塊TaAs晶體

馬約拉納費(fèi)米子是一種由物質(zhì)和反物質(zhì)組成的神秘粒子，已經(jīng)困擾了物理學(xué)家80年。美國(guó)科學(xué)家近日宣布，他們已經(jīng)找到了這種神秘莫測(cè)的粒子，這不僅有助于量子計(jì)算機(jī)的研制，還有助于科學(xué)家們進(jìn)一步弄清暗物質(zhì)的性質(zhì)。物理學(xué)家們認(rèn)為，每個(gè)粒子都有自己的反粒子，它們的質(zhì)量相同，但電性相反。馬約拉納費(fèi)米子卻是個(gè)例外，其反粒子就是自身，而且呈電中性。物理學(xué)家們認(rèn)為，當(dāng)物質(zhì)和反物質(zhì)相互碰撞時(shí)，它們會(huì)相互湮滅。但1937年，意大利理論粒子物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納提出，可能存在著一種由

,引力場(chǎng)與帶電費(fèi)米子相互作用的模型,與 Hartnoll, Petrov 所建立的模型[1]不同,我們考慮了hawking效應(yīng),認(rèn)為這些帶電粒子滿足有限溫度的熱力學(xué)分布。通過(guò)計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)這樣的模型,其帶電粒子n,ρ,p分布呈殼層結(jié)構(gòu),且運(yùn)動(dòng)方程組不允許一個(gè)極端黑洞解的出現(xiàn),這可作為弱引力猜測(cè)的一個(gè)例子。電子星 弱引力猜測(cè)凝聚態(tài)理論當(dāng)前面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是,在2+1d時(shí)空中有限密度費(fèi)米子與無(wú)能隙的玻色激發(fā)(自選密度波,臨界規(guī)范場(chǎng))是如何相互作用的[2][3][

637009)費(fèi)米子在雙荷黑環(huán)中的隧穿特征陳德友(西華師范大學(xué)理論物理研究所， 四川南充637009)討論了費(fèi)米子在五維雙荷黑環(huán)中的隧穿特征. 通過(guò)拖曳坐標(biāo)變換將五維降為四維，在拖曳坐標(biāo)系中對(duì)費(fèi)米子隧穿輻射進(jìn)行研究.結(jié)果表明，四維時(shí)空中同樣可以得到五維黑環(huán)的霍金溫度.黑環(huán)；隧穿特征；費(fèi)米子0 引言反常取消方法為霍金輻射的研究提供了一種新途徑.[1-2]該方法考慮到真空視界附近的量子性質(zhì)，通過(guò)降維技術(shù)將任意維降為二維，然后，對(duì)二維時(shí)空進(jìn)行討論得到霍金輻射流.

ajorana費(fèi)米子*高先龍, 陳 捷， 陳阿海(浙江師范大學(xué) 數(shù)理與信息工程學(xué)院,浙江 金華 321004)通過(guò)數(shù)值求解Bogoliubov de Gennes方程，研究了具有自旋軌道耦合作用的一維費(fèi)米晶格系統(tǒng)的性質(zhì).結(jié)果表明:在有限的自旋軌道耦合下和一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，系統(tǒng)具有零能,此時(shí)的準(zhǔn)粒子即為Majorana費(fèi)米子.準(zhǔn)無(wú)序效應(yīng)研究表明，Majorana費(fèi)米子不會(huì)被弱準(zhǔn)無(wú)序所破壞.拓?fù)涑?；光晶格；Majorana費(fèi)米子;零能；準(zhǔn)無(wú)序0 引 言自19

了利用激光囚禁費(fèi)米子氣體來(lái)模擬凝聚態(tài)理論中的一些理論模型［1］，如Hubbard模型.由于光學(xué)晶格的結(jié)構(gòu)以及冷原子間相互作用的可調(diào)節(jié)性，使光學(xué)晶格中的費(fèi)米子氣體非常適合用于研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的各種特性，這就使得在實(shí)驗(yàn)上研究Hubbard模型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)行為成為可能，進(jìn)而成為研究高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)理的簡(jiǎn)單模型.由于形成庫(kù)伯對(duì)需要費(fèi)米子之間有等效的吸引作用，因而人們對(duì)吸引作用的費(fèi)米氣體超流做了大量的研究［2－4］，但是實(shí)際上粒子間的排斥相互作用也有可能產(chǎn)生等效的吸引相

秘的新?tīng)顟B(tài)——費(fèi)米子冷凝態(tài)。玻色子和費(fèi)米子在介紹費(fèi)米子冷凝態(tài)之前，必須了解兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)是關(guān)于玻色子和費(fèi)米子的區(qū)別，另一個(gè)是什么是玻色一愛(ài)因斯坦冷凝態(tài)。首先，介紹一下玻色子和費(fèi)米子。一般人對(duì)于這兩個(gè)概念并不熟悉。當(dāng)談到物質(zhì)的粒子時(shí)，人們首先想到的是原子、電子、光子等。其實(shí)任何物質(zhì)的粒子都可以歸為兩類：玻色子或費(fèi)米子。玻色子和費(fèi)米子的區(qū)別體現(xiàn)在“自旋”這個(gè)量子力學(xué)的特性上，自旋量子數(shù)為整數(shù)的粒子為玻色子，而自旋量子數(shù)為半整數(shù)的粒子為費(fèi)米子。這種自旋的差異造