2018年11月5日，《Nature Communications》在线报道了浙江大学关联物质研究中心袁辉球/刘洋/Michael Smidman团队与杭州师范大学物理系曹超教授合作的最新研究成果：在重费米子半金属YbPtBi中发现外尔费米子的实验证据。

        凝聚态物质中的拓扑序和拓扑相变是物理学中的一个重要发现，它突破了基于对称性破缺的经典朗道理论，解释了包括涡旋激发、量子霍尔效应等在内的许多新现象。近年来，人们在凝聚态材料中发现了一系列受对称性保护的拓扑量子物态，例如拓扑绝缘体、狄拉克半金属、外尔半金属等。这些拓扑材料表现出独特的电子性质，在自旋电子器件以及量子计算等方面具有独特的应用前景。寻找新型拓扑材料、揭示新的拓扑物性仍是当今前沿热点研究问题。

        外尔半金属是一类重要的拓扑半金属材料，由于其准粒子低能激发与外尔费米子具有类似的性质而得名。1929年，赫尔曼×外尔(Hermann Weyl)通过对狄拉克方程做了零质量简化，得到了所谓的外尔方程，其描述的就是质量为零且具有自旋手性的外尔费米子。寻找外尔费米子一直是高能物理领域中的一个重要课题，然而迄今尚未在实验上找到相应的粒子。近年来，人们在一些凝聚态物质的电子结构中发现成对出现的外尔节点，这些外尔点在表面上的投影由费米弧连接，即一段不闭合的费米面。外尔半金属表现出许多新奇电学特性，例如线性巨磁阻，手性异常效应和反常霍尔效应等。

        迄今为止，绝大部分实验中确认的外尔半金属均属于弱关联电子体系。在这些材料中，由于电子间关联效应较弱，第一性原理计算往往能比较准确地预言其能带拓扑结构，并且很快被角分辨光电子能谱等实验证实。那么，强关联电子体系中是否也存在外尔费米子？电子关联效应与拓扑序相结合后会产生什么新的现象？怎样来探测强关联电子体系中的拓扑性质？

         重费米子是一类典型的强关联电子体系，通常存在于含有f-电子的镧系或者锕系金属间化合物中。在重费米子体系中，随着温度的降低，局域的f-电子通过近藤效应与导带电子集体杂化而产生巡游重电子，其有效质量高达自由电子质量的上千倍，"重费米子"因此而得名。在这类材料中，局域电子与巡游电子间的近藤相互作用还会打开一个小的杂化能隙。当费米能级位于杂化能隙之内时，材料呈现出绝缘体或者半导体行为，这类材料又称近藤绝缘体或者半导体。而在更多的情况下，费米能级穿过导带，材料表现出金属行为。因此，重费米子体系可以呈现出非常丰富的量子特性。1979年，德国科学家Frank Steglich教授（现为浙大关联物质研究中心主任）首次在重费米子金属CeCu2Si2中发现超导，这也是第一个非常规超导体。到目前为止，人们已经在40多个重费米子材料中观察到超导现象。重费米子超导表现出许多与高温超导相似的性质，对研究高温超导机理具有重要借鉴意义。另一方面，由于重费米子体系的能量尺度较低，其基态连续可调，是研究量子相变的理想体系。

图1：重费米子的形成

        随着温度减低，局域电子与巡游电子通过近藤效应杂化而形成复合重费米子。

        在高温，局域电子与巡游电子的杂化比较弱。随着温度下降(T