“手性异常”在晶体里发现 图

 作者:幸污     |      日期:2019-03-08 06:07:00
左手在镜子里可以映出右手,却不能变成右手而“手性异常”破坏了这一看似理所当然的事实(图片来源:网络) 当我们照镜子时,左手映出的是右手,右手映出的是左手日常生活里,左手和右手互相协调,但又无法彼此代替如果有人说,左手可以变成右手,左脚的鞋可以变成右脚的鞋,你一定觉得这是痴人说梦 其实自然界也是如此,按照左、右手的形式成对出现的事物数见不鲜,比如氨基酸分子等等一般说来,左手和右手的“伙伴”之间是彼此严格区分的,不能互相转化科学家们将这种特征称为“手性”(chirality) 然而,这一看似理所当然的道理被打破了由普林斯顿大学物理和化学系合作,9月5日发表在《科学》杂志上的一项工作,观察到了一个奇特的现象,它被物理学家称为“手性异常”(chiral anomaly)简单地说,就是分别具有左手和右手性质的电子在电磁场的作用下变成了对方,不再彼此隔绝 “手性异常”自上个世纪60年代开始就被人们关注,但那时仅限于高能物理领域比较著名的就是1969年人们用手性异常成功地解释了电中性的Pi介子为何比带电的Pi介子衰变快得多而第一次提出手性异常也可以在晶体里被观测,是1983年的事在晶体里观察高能物理中难以直接观察的现象,一直是物理学界引人注目的课题因为相对于耗资巨大且难度极高的高能物理实验,晶体实验可以在小型实验室里开展,它具有耗资小、方便、快捷、可操控性强等优点 根据近年来多项理论计算,在“狄拉克半金属”(Dirac semimetal)的晶体材料中,手性异常会导致负的磁致电阻具体说来,当很强的外加磁场和电流方向平行时,电阻会因左、右手电子之间的互相转化而降低而这种从左手到右手(抑或相反过程)的电子迁移,生命力很顽强,它对晶体中的杂质、缺陷等不利因素具有天然的抵抗能力所以从另一角度讲,如果手性异常真的在晶体中被观察到,那不仅仅意味着一个深刻而历史悠久的预言被验证,也给未来电子器件降低能耗的努力提供了新的思路 普林斯顿大学物理系的N.Phuan Ong是本次实验的主要领导者,他认为自己的工作验证了物理学界一个非常著名的预言,而此前这个预言的验证看起来几乎是不可能的事 Ong的团队在Na3Bi半金属中,观测了电组随着磁场强度以及方向的变化结果很令人振奋,磁致电组的最大值超过了400%,这已经可以和被广泛应用于硬盘存储器中的巨磁电组相媲美不过,这样大的磁致电组是在磁场高达8个特斯拉、温度控制在4.5开尔文的条件下观察到的,目前这些条件对于实际应用依然高不可攀但对于物理学家们来说,