《物理评论》125周年推出49篇精选论文，中科院物理所这篇成为国内唯一上榜论文

2018 年 1 月 4 日 科研圈

任何一个对物理学前沿有所了解的人都知道 Physical Review（《物理评论》）系列的期刊在物理学发展中的地位，尤其是 Physical Review Letter，简称 PRL，则更是很多物理人的梦想。而这个系列期刊的历史则可追溯至 1893 年，那年美国物理学家 Edward Nichols 在康奈尔大学创办了 Physical Review 期刊，主要发表物理学所有领域的独创研究和科学综述。1913 年时美国物理学会（APS）接管了 Physical Review 期刊，以后它就逐渐成为物理学史上举足轻重的科学期刊。2018 年是Physical Review 系列期刊的鼻祖 Physical Review 期刊创刊 125 周年，美国物理学会为了纪念这一里程碑，从 Physical Review 系列期刊的论文历史中选出了 49 篇对物理学有重大意义的论文，和 APS 历史上有意义的事件一起列出了一个时间表，回顾整个物理学史上很多意义非凡的时刻。

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2015 年中科院物理所团队在固体中发现外尔费米子的工作入选了这 49 篇经典论文，也是国内唯一 1 篇入选文章。收录的这 49 篇经典论文里，大多数成果都已经获得诺贝尔奖，下面我们一起简单回顾一下物理学史上一些重要的时刻。（点击此处查看完整时间表）

1913年，密立根油滴实验测定电子电荷，密立根创造性地提出油滴实验测定电子电荷的大小，用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电荷，并因此获得1923年的诺贝尔物理学奖。

1923 年，康普顿以《X射线受轻元素散射的量子理论》为题发表在 Physical Review 上的一篇文章提出了被称为康普顿散射的现象，展示了光的粒子特性，因此获得 1927 年诺贝尔物理学奖。

1933 年，安德森发现正电子，开辟了反物质的研究领域，证实了狄拉克的理论预言，并因此获得 1936 年的诺贝尔物理学奖。

1935 年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出一个佯谬来论证量子力学的不完备性，即著名的 EPR 佯谬，但实验中证实了量子力学的正确性，并导致了量子信息学的诞生。

1954 年，杨振宁和米尔斯提出非阿贝尔规范场论，即杨-米尔斯理论，为标准模型的创建打下基础。

1956 年，宇称不守恒被证实，杨振宁和李政道因此获得 1957 年的诺贝尔物理学奖。

1957 年，巴丁、库珀和施里弗提出 BCS 理论解释了近 50 年悬而未决的超导现象，并因此获得 1972 年诺贝尔物理学奖。

1964 年，Hohenberger， Kohn 和 Sham 提出了密度泛函理论，是如今非常重要的计算模拟方法，Kohn 因此获得 1998 年诺贝尔化学奖。

1964 年，Englert 和 Higgs 预言了现在称为“上帝粒子”的 Higgs 玻色子，解释了质量的起源，2013 年 Higgs 获得诺贝尔物理学奖。

1971 年威尔逊提出重整化群理论，如今已经是理论物理中重要的理论工具，并因而获得了 1982 年的诺贝尔物理奖。

1972 年，He-3 超流被发现，三人因此获得 1996 年诺贝尔奖。

1977 年，Thouless 等人提出了拓扑相和拓扑相变的概念，并因此获得 2016 年诺贝尔物理学奖。

1980 年，量子霍尔效应被发现，冯·克利青因此获得 1985 年诺贝尔物理学奖。

1984 年，准晶被发现，谢赫特曼因此获得 2011 年诺贝尔化学奖。

1985 年，朱棣文等人发明了激光冷却原子技术，并获得 1997 年诺贝尔物理学奖。

1987 年，朱经武等人发现钇钡铜氧（YBCO）超导体具有 93K 的超导转变温度。

1988 年，Fert 和 Grünberg 独立发现巨磁阻效应，并获得 2007 年诺贝尔物理学奖。

2007 年，傅亮和 Kane 发表理论文章预言三维拓扑绝缘体的存在。

2016 年，LIGO 发现引力波，并因此获得 2017 年诺贝尔物理学奖。

2015 年，中科院物理所团队在固体中发现外尔费米子。

我们来回顾一下 Weyl 费米子发现的经过。1928 年，狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929 年，德国科学家外尔（Hermann Weyl）指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量。2015 年，中国科学院物理研究所翁红明、方忠、戴希及其合作者，通过第一性原理计算，首次理论预言 TaAs 家族材料是外尔半金属。随后，中科院物理所陈根富小组首先制备出了高质量TaAs晶体，丁洪小组利用上海光源“梦之线” ARPES 实验站立即对TaAs（001）表面电子态进行了高精度测量，通过与翁红明、戴希、方忠紧密合作，结合第一性原理计算结果，证实了表面费米弧的存在，并且确定了费米弧与外尔点在（001）表面投影的连接方式，提供了 TaAs 材料外尔电子态的直接实验证据。随后，丁洪小组及其合作者进一步测量了 TaAs 体电子态，直接观测到外尔点及其附近的三维狄拉克锥，提供了进一步的实验证据。与此同时，陈根富小组通过精确的电输运测量，首次在 TaAs 单晶中观测到了由手性反常导致的负磁阻效应，进一步从输运的角度证明了外尔费米子的存在。至此以上一系列工作是自 1929 年外尔费米子被提出以来，首次在凝聚态物质中证实存在外尔费米子态，具有非常重要的科学意义。

外尔费米子科学家团队，从左往右依次为戴希、方忠、翁红明、钱天、丁洪、陈根富

Weyl 半金属中 Weyl 锥的示意图和实验观测到的费米弧

“外尔费米子发现”也曾入选 2015 年英国《物理世界》“ 2015 年十大突破”和美国物理学会（APS）评选的 2015 年物理学标志性进展。具有“手性”外尔费米子的半金属能实现低能耗的电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题，同时外尔费米子具有拓扑稳定性，可以用来实现高容错的拓扑量子计算。

本文转载自公众号“中科院物理所”（ID:cas-iop）。

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