日科学家首次观测到重电子费米面

近日，由日本原子能研究开发机构、东北大学、东京大学和京都产业大学的研究人员组成的联合研究小组宣称，他们在世界上首次成功观测到金属中重电子形成的费米面[绝对零度下电子在波矢空间（k空间）中的分布或填充而形成的体积的表面]。该项研究成果已发表在27日的美国《物理评论快报》电子版上。
　　金属中的电子主要分为两种，一种是四处游动，承担电传导的“自由电子”，另一种是不游动，但负责产生磁性的“局部电子”。这两种电子之间会相互作用，并结合在一起，形成外观大小是普通电子10倍至1000倍，同时具备电传导性和磁性，而重量也有所增加的“重电子”。另一方面，各种金属都有自己固定形态的费米面，而各种金属的导电特性也因其各自的费米面不同而有很大区别。由于重电子也可以形成费米面，因此人们设想，如果能够观测到其形成的费米面，就有可能根据重电子所承担的电传导性质精密地了解各种金属在超导状态下的细微不同之处，从而为判明超导之谜找到突破口。只不过这一设想由于条件所限一直都没能实现。
　　日本的这个研究小组在大型同步辐射设施“SPring-8”的专用电子束射线“BL23SU”区域，通过使用软X射线同步辐射的角分辨共鸣光电子能谱技术，对特定的电子轨道进行选择性的观察，最终在世界上首次直接观测到了重电子形成的费米面。研究人员称，今后他们的重点将是继续使用角分辨共鸣光电子能谱技术，系统研究重电子在制造什么样的费米面时金属才会出现超导性和磁性。由于在具有重电子的金属中，磁性与超导性是共生的，因此这项研究将大大推动人们揭开超导原理的步伐。