一方向にしか動かない粒子が初めて観測される(Particle that only has mass when moving in one direction observed for first time)

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2024-12-10 ペンシルベニア州立大学(PennState)

ペンシルベニア州立大学とコロンビア大学の研究チームは、特定の方向に移動する際にのみ質量を持つ準粒子「セミディラック・フェルミオン」を初めて観測しました。この準粒子は2008年から2009年に理論的に予測されていましたが、今回、半金属材料ZrSiSの結晶内で確認されました。研究者たちは、強力な磁場下で赤外線を照射し、反射光を分析する磁気光学分光法を用いて、この発見に至りました。この成果は、バッテリーやセンサーなどの新技術の進展に寄与する可能性があります。

<関連情報>

トポロジカル金属中のセミディラック・フェルミオン Semi-Dirac Fermions in a Topological Metal

Yinming Shao, Seongphill Moon, A. N. Rudenko, Jie Wang, Jonah Herzog-Arbeitman, Mykhaylo Ozerov, David Graf, Zhiyuan Sun, and Raquel Queiroz,et al.
Physical Review X  Published 5 December, 2024
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.041057

一方向にしか動かない粒子が初めて観測される(Particle that only has mass when moving in one direction observed for first time)

Abstract

Topological semimetals with massless Dirac and Weyl fermions represent the forefront of quantum materials research. In two dimensions, a peculiar class of fermions that are massless in one direction and massive in the perpendicular direction was predicted 16 years ago. These highly exotic quasiparticles—the semi-Dirac fermions—ignited intense theoretical and experimental interest but remain undetected. Using magneto-optical spectroscopy, we demonstrate the defining feature of semi-Dirac fermions—2/3 scaling of Landau levels—in a prototypical nodal-line metal ZrSiS. In topological metals, including ZrSiS, nodal lines extend the band degeneracies from isolated points to lines, loops, or even chains in the momentum space. With ab initio calculations and theoretical modeling, we pinpoint the observed semi-Dirac spectrum to the crossing points of nodal lines in ZrSiS. Crossing nodal lines exhibit a continuum absorption spectrum but with singularities that scale as 2/3 at the crossing. Our work sheds light on the hidden quasiparticles emerging from the intricate topology of crossing nodal lines and highlights the potential to explore quantum geometry with linear optical responses.

1701物理及び化学
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