如何看待中國科學家首次發現 Weyl 費米子這一成果？

01-02

新聞報道：繼「拓撲絕緣體」和「量子反常霍爾效應」之後，最近由中國科學院物理研究所方忠研究員等率領的科研團隊又取得重大突破，首次發現了具有「手性」的電子態 ——Weyl費米子。這是國際上物理學研究的一項重要科學突破，對「拓撲電子學」和「量子計算機」等顛覆性技術的突破具有非常重要的意義。該發現從理論預言到實驗觀測的全過程，都是由我國科學家獨立完成。
想更詳細了解，求大神科普。
中國科學家首次發現Weyl費米子:低能耗電子傳輸

謝邀。

可以預期，在國內凝聚態領域，這樣的優秀工作將會越來越多。這些工作一般都會有這樣的流程：

頂尖的理論物理學家（如張首晟，傅亮等）提出概念；
頂尖的計算物理學家（如方忠，戴希，翁紅明等）通過計算進行理論預言，設計出具體的實現方案；
在材料製備方面身懷絕技的實驗物理學家們（如薛其坤，陳仙輝，陳根富等）快速地製備出所需的樣品；
擁有先進昂貴儀器，在材料的測量表徵方面有豐富經驗的實驗物理學家們（如丁洪，封東來等）對材料進行測量，對理論預言進行驗證；
擁有先進昂貴儀器，在材料微加工方面身懷絕技的實驗物理學家們（如張遠波等）製備成器件，進一步挖掘材料的應用潛力；
……

幾年前，反常量子霍爾效應的發現就是這樣一個流程。在中國越來越有錢，國內實驗儀器越來越先進的情況下，這樣的工作會越來越多。

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此外，這個流程中的各個環節的緊密協作，也許會緩和理論、計算、實驗工作者之間的鄙視鏈吧（認真臉

Weyl這一類拓撲半金屬理論上應該算是Vishwanath和Savrasov（及合作者）首先在凝聚態里提出的，然後在材料方面，V和S自己的文章中提出的iridates是第一個，之後有方忠戴希組的汞鉻硒，Balents的HgTe/CdTe超晶格，然而這些材料的拓撲性質都沒有在實驗中得到驗證。這次的材料TaAs，是2015年初由兩個組獨立提出的：物理所的方、戴組（與Princeton的Bernevig合作），和Princeton的Hasan組（與新加坡國立的Hsin Lin合作）。

至於實驗部分，物理所的文章（丁洪組）和Princeton（Hasan組）的文章幾乎同時出現在arXiv上（康奈爾大學提供的預印本平台），得到的結論也幾乎一樣，即通過對001表面費米弧的觀測，肯定了之前的理論計算的預言。正如前面有答案提到的，這次的重大發現得益於凝聚態研究的幾個環節的密切合作。

另外，來自MIT的陸凌（Soljacic組）和傅亮有一篇幾乎同一時間發表在arXiv的文章，發現了在玻色子系統中（光子晶體）的Weyl點。這個工作和上述電子體系里的結果可以說是相映成趣。

上周，Princeton組和MIT組的文章同時發表在《科學》雜誌。據說物理所的文章也已經被Phys. Rev. X接收。

我來說說自己的看法。

首先，費米子是滿足費米狄拉克統計的粒子，是許多種粒子的統稱。。但是費米子的特性可以用一些宏觀體系的集體激發態來代替，這就屬於凝聚態物理的範疇。凝聚態體系的研究也圍繞著「基本粒子」展開——某種材料的激發態在量子化後往往可以近似看做獨立運動的「准粒子」。

其次，什麼是weyl費米子。Weyl費米子是Weyl提出的滿足三維Dirac方程的一類粒子，它具有特定手性，質量為零。曾經有段時間認為weyl費米子就是中微子，後來證明不是的。因為中微子有質量，而weyl費米子沒有質量。另外一種等效電子質量為零的材料就是大名鼎鼎的graphene了，也就是石墨烯。但是與石墨烯不一樣的是，這次實現的是一種三維的體材料，而石墨烯是一種二維材料，這樣它的實用性可能更強。

再次，weyl費米子的發現有什麼意義呢？由於這種費米子等效電子質量為零，那麼就能極大提高電子的傳輸效率，這個有點跟石墨烯是一樣的。另外一個優點就是它具有拓撲保護的特性，所以魯棒性更強，這在量子計算機中可以大展拳腳。

其實我本身是搞電磁波的，與這篇文章同時發出的還有一篇science文章，做的工作是在光子晶體中實現了weyl point。這個結構是一個雙螺旋二十四面體結構。

光子晶體方向是由凝聚態物理演變過來的。所做的事情是用電磁波的宏觀態來模擬一些基本粒子的特性。要說weyl point就要先說說dirac point。dirac point 是針對二維光子晶體的，它的能帶結構一個dirac 錐，錐的交點就是dirac point，見下圖的T點。weyl point 是針對三維光子晶體，可以說是dirac point 的升級版。

dirac point有一些很有意思的性質，比如，dirac point處的有效介電常數和磁導率是為零的，也就是零折射率材料。我猜三維的weyl point也會有類似的特性。上面所示的三維光子晶體的能帶結構如下：

可以看到在T處兩邊高亮的點就是weyl point。

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感謝一位匿名用戶的回答，指出了我的一些錯誤，現在已經修改過來了。

參與過才知道，裡面的競爭有多激烈。

------7.27更新

另外感謝@楊二對基本概念的回答！我不同意兩個說法。

一是：＂費米子是構成物質的基本粒子。＂其一這不是費米子的定義。費米子是滿足費米狄拉克統計的粒子，是許多種粒子的統稱。有些費米子根本不基本。其二還有玻色子如光子呢。

二是：＂什麼是Weyl費米子？Weyl費米子是質量為零的粒子。＂這個定義不準確。Weyl費米子是Weyl提出的滿足Dirac方程的一類粒子，它具有特定手性，質量為零。若只要求質量為零，石墨烯中的Dirac電子也滿足。Dirac費米子與Weyl費米子區別並不在於材料維度二維三維。後面說起先認為Weyl費米子就是中微子，這句話也應該反過來，應該說起先認為中微子是Weyl費米子。這是種與類的關係。

謝邀

匿名說個八卦吧

13號物理所丁洪組聯繫science要投相關文章，15號美國研究組的文章投稿到science，16號物理所的文章投到science，因為差一天而被拒，只能轉投其他期刊。

很難說一天之差是巧合還是science故意泄露。

從這件事可以看出兩點，一是科學研究競爭的激烈性，二是在西方掌握整個話語權的學術界，中國科學家近年來做出的成績值得大家讚揚，而不是譴責和歪曲報道。

科學網—外爾半金屬的故事

材料長得好，算的也好，測得也好。

其實現在國內凝聚態方面的大成果不少，現在我朝的凝聚態物理已經可以和發達國家比一比了

謝邀。看了一下發現正好是同所方老師組裡的工作。

首先我並不太懂「拓撲電子學」，所以也沒法解釋Weyl費米子在這方面的貢獻。至於「量子計算機」，因為有個好朋友在做相關的研究，所以被科普過，就在這裡評價一下Weyl費米子在這方面的意義。

眾所周知，計算機採用的是基於集中電路上通路通斷邏輯運算形成的二進位，所以「量子計算機」也是基於類似的一個二級制構築體系。但與普通計算機不同，其採用的是基本粒子的不同態來進行運算，所以如果能夠做成，其運算速度將遠超其他任何計算機（包括什麼分子計算機等等）。

Weyl費米子由於是一個「手性」粒子，所以對於量子計算機有極大意義——因為手性兩個態可以組成0和1。證明了確實可用，當然如果沒有其他介紹，那應該就停留在只是可用的地步，還需要解決怎麼用的問題。

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感謝Climber.pi的斧正，現貼上他的回復。

Weyl 費米子的意義是給了拓撲量子計算的另一種物理實現, 雖然拓撲量子計算能夠在硬體上容錯, 但是很長時間內都沒有找到合適的物理實現. 之前的 Majorana 費米子並不能實現量子門的完備基, 我很好奇 Weyl 費米子能做到什麼樣.

至於計算能力, 嚴格來說只是有一些證據表明在一些情形下量子計算機會比經典計算機強(當然這樣的應用場合事實上已經很多了). 在某個很大的計算複雜性類下, 量子計算機和經典計算機的計算能力實際上是等價的(IP=QIP=PSPACE, STOC 2010).

謝邀，關於外爾費米子的發現經過，推薦大家閱讀這篇文章

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3OTgzMzUzOA==mid=209139033idx=1sn=b9d975411128f19256e78b0f7e14a14dscene=2from=timelineisappinstalled=0#rd

回頭再更新一點個人看法

北大物院本科生科研的記錄又被刷新了！

they did a good job.

謝邀。

占坑，有空就答......

占坑待答