日科學家首次觀測到重電子費米面

近日，由日本原子能研究開發機構、東北大學、東京大學和京都產業大學的研究人員組成的聯合研究小組宣稱，他們在世界上首次成功觀測到金屬中重電子形成的費米面[絕對零度下電子在波矢空間（k空間）中的分布或填充而形成的體積的表面]。該項研究成果已發表在27日的美國《物理評論快報》電子版上。
　　金屬中的電子主要分為兩種，一種是四處游動，承擔電傳導的“自由電子”，另一種是不游動，但負責產生磁性的“局部電子”。這兩種電子之間會相互作用，并結合在一起，形成外觀大小是普通電子10倍至1000倍，同時具備電傳導性和磁性，而重量也有所增加的“重電子”。另一方面，各種金屬都有自己固定形態的費米面，而各種金屬的導電特性也因其各自的費米面不同而有很大區別。由于重電子也可以形成費米面，因此人們設想，如果能夠觀測到其形成的費米面，就有可能根據重電子所承擔的電傳導性質精密地了解各種金屬在超導狀態下的細微不同之處，從而為判明超導之謎找到突破口。只不過這一設想由于條件所限一直都沒能實現。
　　日本的這個研究小組在大型同步輻射設施“SPring-8”的專用電子束射線“BL23SU”區域，通過使用軟X射線同步輻射的角分辨共鳴光電子能譜技術，對特定的電子軌道進行選擇性的觀察，最終在世界上首次直接觀測到了重電子形成的費米面。研究人員稱，今后他們的重點將是繼續使用角分辨共鳴光電子能譜技術，系統研究重電子在制造什么樣的費米面時金屬才會出現超導性和磁性。由于在具有重電子的金屬中，磁性與超導性是共生的，因此這項研究將大大推動人們揭開超導原理的步伐。