宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学的研究团队在《物理评论X》（Physical Review X）杂志上发布重大发现，首次观察到半狄拉克费米子（Semi-Dirac fermions）这种独特的准粒子。这种粒子在16年前被理论预测，如今终于在ZrSiS半金属材料的晶体中被识别出来。

研究的第一作者、宾州州立大学物理学助理教授Yinming Shao表示，这是一个意外的发现。这种准粒子最引人瞩目的特性是：在一个方向上移动时表现为无质量（像光子一样以光速运动），而在另一个方向上却具有质量，展现出前所未有的双重性质。

（Source：宾夕法尼亚州立大学）

研究团队在佛罗里达州的国家强磁场实验室（National High Magnetic Field Laboratory）进行实验，使用了比地球磁场强90万倍的强磁场。他们将ZrSiS冷却到接近绝对零度，并使用磁光谱学方法进行观察。通过分析材料内电子在强磁场中的朗道量子化（Landau levels）行为，他们确认了半狄拉克费米子的存在。

Shao将这种现象比喻为在轨道网络中运行的小火车。当粒子沿着特定方向移动时，它们可以像光一样无质量地运动；但当它们改变方向时，就会获得质量，展现出完全不同的物理特性。

利用朗道量子化光谱，揭示了半金属材料中节线交叉点处的半狄拉克费米子特性。

这一发现具有重要的技术应用前景。由于ZrSiS是一种类似石墨烯的层状材料，研究人员认为，这种材料可能在电池、超级电容器、太阳能电池、传感器和生物医学设备等领域发挥重要作用。不过，Shao指出还有许多现象有待解释，需要持续研究。

（首图为示意图，来源：pixabay）