在国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项等的支持下，中国科学院物理研究所的研究团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子。这是继“拓扑绝缘体”、“量子反常霍尔效应”、“外尔费米子”之后，中国科学家在拓扑物态研究领域的又一项重大突破。该项研究成果在《自然》(Nature)杂志上发表。

那么我们看看什么是三重简并费米子。这里就不再介绍什么是费米子了。三重简并的费米子指的是一种在晶体中新发现的准粒子，这种准粒子在同一个能级态同时存在三种半奇数自旋数，在标准模型的定义里属于具有三重简并的费米子。由于这种三重简并的费米子不属于狄拉克费米子，外尔费米子或者马约拉纳费米子，因此它是一种新型的费米子。

2017年，中国科学家首次观测到三重简并费米子。

该发现从理论预言、样品制备、到实验观测的全过程，均由中国科学家独立完成，这表明了中国在这一方面的研究处于世界领先的水平。

从量子力学上讲，准粒子实际上是一种量子能，它存在于一个晶体点阵或其它相互作用的粒子系统中。

至于它的意义就比较抽象了，观测到三重简并费米子研究成果对促进人们认识电子拓扑物态，发现新奇物理现象，开发新型电子器件，以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。可能它的成果不会体现在现实生活中，但它能在一些高科技领域有所突破，例如更高级的计算机或者高分子晶体等。

之前跟丁洪聊了聊，这东西还是有点意思的。

与时空连续的宇宙空间不同，“固体宇宙”的一些特殊属性也引起了科学家们的注意：真实的宇宙是连续的、不分隔的，而“固体宇宙”与则是被一个一个晶格等结构分隔开的，只满足不连续的分离空间对称性；真实宇宙具有光速不变性，但在固体中宇宙光速不变原理却失效了；固体宇宙中存在着230种已知的点群，就可以近似的认为有230种“固体宇宙”存在。

种种特殊的性质让科学家们提出假设：“固体宇宙”中可能存在传统理论中所没有的新型费米子，而寻找新型费米子则成为近年来拓扑物态领域一个极具挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。

2016年4月，物理所翁红明、方辰、戴希、方忠等预言在一类具有WC（碳化钨）晶体结构的材料中存在三重简并的电子态，其准粒子就是三重简并费米子，是不同于四重简并的狄拉克费米子和两重简并的外尔费米子的新型费米子。

“以这个预言为基点，我们开始寻找可能存在三重简并电子态的材料。碳化钨虽然具有三角形的晶格，但其熔点高、硬度大，操作起来比较困难”，丁洪介绍。

随后，物理所研究员石友国指导其博士生冯子力迅速制备出碳化钨家族中的另一成员——MoP（磷化钼）单晶样品，丁洪和同为中科院物理所研究员的钱天指导博士生吕佰晴，在上海光源“梦之线”和瑞士保罗谢勒研究所经过几个月的实验测量，通过测定角分辨电子能谱的方式成功解析出MoP的能带结构，观测到了其中的三重简并点，这与翁红明指导的博士生许秋楠的计算结果高度吻合，首次实验证实突破传统分类的三重简并费米子的存在。

对于三重间并费米子，丁洪表示此次发现的三重简并费米子具有它的特殊性：从简并点的能带示意图上看，四重简并的狄拉克费米子，能带两两重合，并具有一个简并点；两重简并的外尔费米子能带两两不重合，具有两个简并点。“而此次发现的三重简并费米子则有所不同，它具有一条重合的能带和两条不重合的能带，三条能带两两相交，有两个简并点”，丁洪说。这也是在固体宇宙中一个非常特别的现象。

四重、三重和两重简并点的能带示意图，在这些简并点附近的准粒子分别是狄拉克费米子、三重简并的新费米子和外尔费米子。红色或蓝色的直线代表非简并的能带，红蓝交替的直线代表两重简并的能带。

能带C1、C2、C3在布里渊区中的位置，其中C1和C3穿过三重简并点（红色圆点）

不仅如此，翁红明等人的理论工作还指出，三重简并费米子态与狄拉克费米子和外尔费米子态不同，它对外加磁场的方向敏感，使得含有它的母体材料具有磁场方向依赖的输运性质。近期中科院物理所陈根富研究组在碳化钨中观测到与狄拉克半金属和外尔半金属显著不同的方向依赖输运行为，紧接着德国马克斯-普朗克研究所的科学家在MoP中观测到极低电阻行为，这些都有可能是这种新型费米子的独特表现。

此外，丁洪还提到，新发现的三重简并费米子在强磁场的作用下，重合的那条能带会“张开”，进而从三重简并费米子变成四重简并的外尔费米子。

以上，应该能说明点事儿了。

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