文｜张双虎 黄辛
外尔费米子是一种在高能物理理论中被预言存在的粒子。它被理论预言可以存在于所有奇数维度（一维、三维）体系中，但目前人们对固体中外尔费米子的研究均在三维体系中开展，即三维外尔费米子。理论预言的最低维度（一维外尔费米子）仍未在实验中发现。
近日，华东师范大学研究员袁翔课题组和合作者一起，在低维准粒子激发研究中取得重要进展。联合团队通过强磁场在三维拓扑绝缘体五碲化铪（HfTe5）中，发现了一维外尔费米子，并探索了其特殊的电磁响应。9月30日，相关成果在线发表于《自然—材料》。
“该研究首次在三维体系中，通过极强的磁场找到一维外尔费米子。”袁翔告诉《中国科学报》，“外尔费米子对光和电有着特殊的响应，这在现有的三维外尔费米子体系中已得到验证。我们通过强磁场红外光谱技术和脉冲强磁场电学测量技术，观察到了上述响应的一维‘版本’。”
理论上，外尔费米子可以存在于所有奇数维度体系中。科学家已经在三维体系中找到外尔费米子，并对其开放费米弧、三维外尔轨道、手征异常等独特性质开展了广泛研究。但一维外尔费米子作为外尔方程描述的最低维、简洁的形态，其相关研究仍然空缺。
袁翔介绍说，维度是物理学研究中一个重要概念，通过降低研究体系的维度（如制备一维纳米线材料）实现一维外尔费米子，在实验上存在极大难度，无论是光学、电学手段，都很难对一个尺度过小的系统开展研究。但通过磁场约束三维体系中电子的行为，等效降低维度，为在实验上探测一维外尔费米子性质提供了一种可能。
“此类研究对研究体系有着极高的限制，需要符合多种物理性质才能最终在低温强磁场下实现‘一维外尔费米子’的激发。”该论文共同第一作者、华东师范大学博士生吴闻彬说，“开展这项研究前，我们对许多三维体系进行了相关的电学、光学测试，最终发现能在HfTe5中实现对一维外尔费米子奇异物理性质的探索。”
相关实验需要在强磁场（约是地球磁场的70万倍），极低温（零下270摄氏度）等极端条件下开展。为此，研究团队在实验室内搭建多套低温强磁场系统，并与相应的光学、电学测试系统耦合进行联合测试。
袁翔团队长期致力于发展稳态强磁场红外光谱和电输运测试技术，并与复旦大学研究员张成课题组、中山大学教授严忠波课题组、南方科技大学教授卢海舟课题组和中科院上海技术物理研究所褚君浩院士团队合作，利用国内外强磁场中心（如华中科技大学国家脉冲强磁场中心、美国国家强磁场实验室等）的科学装置，最终在实验上实现了对一维外尔费米子的发现与探索。