賓夕法尼亞州立大學和哥倫比亞大學的研究團隊在《物理評論X》（Physical Review X）雜誌上發布重大發現，首次觀察到半狄拉克費米子（Semi-Dirac fermions）這種獨特的准粒子。這種粒子在16年前被理論預測，如今終於在ZrSiS半金屬材料的晶體中被識別出來。
研究的第一作者、賓州州立大學物理學助理教授Yinming Shao表示，這是一個意外的發現。這種准粒子最引人矚目的特性是：在一個方向上移動時表現為無質量（像光子一樣以光速運動），而在另一個方向上卻具有質量，展現出前所未有的雙重性質。
（Source：賓夕法尼亞州立大學）
研究團隊在佛羅里達州的國家強磁場實驗室（National High Magnetic Field Laboratory）進行實驗，使用了比地球磁場強90萬倍的強磁場。他們將ZrSiS冷卻到接近絕對零度，並使用磁光譜學方法進行觀察。通過分析材料內電子在強磁場中的朗道量子化（Landau levels）行為，他們確認了半狄拉克費米子的存在。
Shao將這種現象比喻為在軌道網路中運行的小火車。當粒子沿著特定方向移動時，它們可以像光一樣無質量地運動；但當它們改變方向時，就會獲得質量，展現出完全不同的物理特性。
利用朗道量子化光譜，揭示了半金屬材料中節線交叉點處的半狄拉克費米子特性。
這一發現具有重要的技術應用前景。由於ZrSiS是一種類似石墨烯的層狀材料，研究人員認為，這種材料可能在電池、超級電容器、太陽能電池、傳感器和生物醫學設備等領域發揮重要作用。不過，Shao指出還有許多現象有待解釋，需要持續研究。
（首圖為示意圖，來源：pixabay）
