難以捉摸的粒子出現在「半金屬」？

在地球上發現了一種在發現冥王星之前就存在的粒子，它存在於鉭和砷的化合物中。

研究人員稱，新發現的粒子被稱為外爾費米子，類似於無質量的電子，它們以不尋常且令人興奮的方式在材料周圍和穿過材料報告7月16日於科學。

“這絕對是一件大事，？” 加州大學聖塔芭芭拉分校的凝聚態理論家 Leon Balents 說。

顆粒？ 這種行為使砷化鉭成為一種類金屬化合物，它與石墨烯和拓撲絕緣體具有良好的特性，這些材料在過去十年左右的時間裡引起了廣泛的研究關注。 “有很多理由對這些材料感興趣，” 巴倫特斯說。

砷化鉭等材料可以使未來的電子設備具有快速移動的電流，輕鬆繞過其路徑中的顛簸和山谷。 物理學家將能夠研究材料結合粒子的特性，以探索自由漂浮的外爾費米子種類存在的可能性。

電子、中微子和許多其他亞原子粒子都屬於費米子家族。 所有已知的費米子的行為均符合英國理論物理學家保羅狄拉克 1928 年設計的方程式。 但至少在理論上，還有另外兩種費米子，它們都是在不久之後提出的：馬約拉納費米子和韋爾費米子。 與狄拉克費米子和馬約拉納費米子不同，以德國數學家和物理學家赫爾曼·韋爾命名的韋爾類成員沒有質量。

物理學家未能在任何粒子探測器或加速器中發現外爾費米子。 但研究人員認為，某些材料中電子的集體相互作用會產生傳播能量的漣漪，其行為就像自由空間中的韋爾費米子一樣。

今年早些時候，普林斯頓大學的凝聚態物理學家 Su-Yang Xu 和 Zahid Hasan 及其同事建議的砷化鉭可以容納韋爾費米子。 研究人員向化合物晶體發射輻射，以探測內部電子的能量和運動。 深入穿透材料的高能量 X 射線揭示了符合外爾費米子輪廓的無質量粒子的特徵。 “我有點驚訝有人能夠如此快速地通過實驗真正看到這些東西，” 巴倫特斯說。

透過容納韋爾費米子，砷化鉭成為第一個經過實驗證實的韋爾半金屬，一種具有奇異和潛在有用特性的類金屬材料。 韋爾半金屬類似於拓撲絕緣體，這種材料內部絕緣，但允許電子在表面不受干擾地運行一圈（SN：2010 年 5 月 22 日，第 14 頁 22）。 儘管缺乏絕緣內部，砷化鉭也保護了其表面的高速電子高速公路。 徐說，問題在於表面電子不會繞著封閉的軌道運行；而是在一個封閉的軌道上運行。 相反，它們從一側移動到另一側，然後消失在主體中並重新出現在相反的表面上。

巴倫特斯說，外爾半金屬也類似稱為石墨烯的原子厚碳片。 這兩種材料都允許電子以極快的速度移動，並且表現得好像它們沒有質量一樣（SN：2011 年 8 月 13 日，第 14 頁 26）。 哈桑說，所有這些特性使外爾半金屬成為未來電子產品的誘人候選者，並且可以在室溫下無電阻地傳輸電流。

徐說，三種費米子中第二種的發現可能會導致第三種費米子的發現。 近年來，物理學家發現了馬約拉納費米子的暗示，但沒有明確的證據，理論上馬約拉納費米子是它們自己的反物質對應物（SN：2014 年 11 月 15 日，第 14 頁 8）。 徐說，外爾半金屬的特性使其成為不僅可以產生外爾費米子，還可以產生馬約拉納粒子的候選材料。