電子分裂方式的新證據

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電子可以被看作帶負電荷的小型磁體。從根本上講，二者通常密不可分。但是在一些特定材料中，電子被限制在准一維空間內，分裂為一個磁體和一個電荷，二者自由運動、相互獨立。長期以來，人們一直質疑類似現象是否能夠在多維空間中發生。瑞士洛桑聯邦理工學院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne，EPFL）的科學家領導的研究團隊在准二維磁體材料中發現類似現象的新證據，他們的研究成果發表於Nature Physics雜志。

 

這種奇特現象可以發生在極薄的材料（可以將其視為一維空間）中，比如納米線。在特定情況下，這些材料中的電子可以分裂為一個電荷和一個磁體，即「部分粒子」（fractional particles）。基本粒子物理學中一個重要而又懸而未決的問題是，該現象能否在二維或者三維系統等多維空間中發生。

 

EPFL的Henrik M. Rønnow、Bastien Dalla Piazza以及最近被任命為佐治亞理工學院助理教授的Martin Mourigal領導了一項研究，該研究提供了電子在二維空間中分裂的實驗和理論證據。科學家結合了最先進的極化中子散射技術和新穎的理論框架，測試了一種通常為電絕緣體的材料。他們的數據顯示，材料在電磁換化的瞬間可以分裂為兩部分並獨立移動。

 

多維空間中部分粒子的存在於1987年由諾貝爾獎獲得者PW Anderson在研究高溫超導（某些物質在可達到的極低溫度下電阻為零）時提出。這一現象目前仍是未解之謎，並在高溫超導物質銅酸鹽的引用中被廣泛研究。

 

當溫度接近絕對零度時，電子結合在一起形成特殊的無阻力電子流。在某些材料中，僅僅使用液氮（liquid nitrogen）就可以使電子在遠遠高於絕對零度的情況下形成這種電子流。接下來的任務就是在室溫下尋找高溫超導體。然而，了解材料如何提升到基本等級仍面臨著巨大的挑戰，這限制了高溫超導物質的應用。EPFL科學家的進展有助於推進安德森（Anderson）預測的超導電性理論的發展。

 

Henrik M. Rønnow說：「該研究將物理基本模型的理解提升到了新的水平，也為高溫超導體的安德森理論提供了新的論據，該項研究雖然已經進行了長達25年，但仍是現代材料研究中最大的未解之謎之一。」