由東京大學的 Satoshi Nakatsuji 教授領導的一個研究小組與 RIKEN 合作,在世界上首次通過實驗在磁性材料(錳 Tristin Mn3Sn)中發現了 Weil 粒子。我們在世界上第一次發現了一種不同於傳統鐵磁體和反鐵磁體的新型磁性材料“Weil磁性材料”。

 “威爾粒子”是質量為零的粒子,1998年證實候選中微子存在質量。然而,在 2015 年,在固體非磁性物質(砷酸鉭)中發現了非磁性 Weil 粒子。另一方面,由於最初預測存在的磁性 Weil 粒子可以通過外部磁場進行控制,因此它們對於設備應用來說是必不可少的,並且在世界範圍內展開了激烈的搜索競爭。

 本次研究發現的Weil粒子是物質的磁性產生的“磁性Weil粒子”,其表現機制與常規非磁性材料中的Weil粒子完全不同。這一發現意味著Mn3Sn是一種新型磁性材料“Weil磁性材料”,它可以在外加磁場的控制下,自由操縱質量為零的磁性Weil粒子。通過簡單地對 Weil 磁性材料施加一個小磁場,就可以控制由磁性 Weil 粒子產生的巨大磁場(物質中的傳導電子感受到的虛擬磁場)。

 這種 Weil 磁性材料可以在室溫下表現出獨特的材料特性和新的量子功能。可以在沒有磁場的情況下產生巨大的“霍爾電壓”,或者在固體中感應出與磁場方向相同的電流。還發現磁性Weil粒子產生的巨大磁場在這種材料中觀察到的巨大磁輸運現象和熱電效應中起著重要作用。

 未來,有望利用 Weil 粒子的量子力學特性,開發具有新功能的創新下一代器件。

論文信息:[自然材料] 相關金屬中磁性外爾費米子的證據

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