近日，由日本理化学研究所新兴物质科学研究中心强关联量子输运实验室主导的国际科研团队，在量子材料领域取得了重大突破，成功首次合成了理想的外尔半金属。这一里程碑式的成果标志着该领域长达十年的难题终于得到解决，相关研究成果已在最新一期的《自然》杂志上发表。

外尔费米子，这一由晶体中电子集体量子激发产生的神秘粒子，因其预测中展现的奇异电磁特性而备受全球科学界的瞩目。科学家们在过去的十年里对数千种晶体进行了深入研究，然而，大多数所谓的外尔半金属的电导性主要由不具备拓扑或特殊性质的电子所主导，这导致外尔费米子的行为被掩盖，难以观测。

此次，科研团队通过创新策略，终于合成了一种仅含有一对外尔费米子且不存在无关电子态的金属材料，解决了长期以来困扰科学家们的难题。他们是从拓扑半导体中设计并合成出这种外尔半金属的，这一策略最初于2011年从理论上被提出，但随后一度被学界搁置。

半导体因其较小的“能隙”而能够在绝缘态和导电态之间切换，成为商用晶体管的基础。而半金属则可以看作是一种极限的半导体，其“能隙”为零，处于绝缘体和金属之间的临界点。在现实材料中，这种极端情况极为罕见，石墨烯便是一个著名的例子，它已在莫尔物理学和柔性电子学中得到广泛应用。

在本次研究中，科研团队使用的拓扑半导体为碲化铋。他们通过高度可控的方式调整了材料的化学成分，用铬替代了铋，从而成功合成了（Cr,Bi）2Te3。团队对这种材料中展现出的巨大反常霍尔效应产生了浓厚兴趣，因为它预示着拓扑半导体之外可能存在的新物理现象。

与以往的外尔半金属相比，（Cr,Bi）2Te3具有独特的简单电子结构，这使得科研团队能够利用精确的理论对实验进行定量解释，并根据出现的巨大反常霍尔效应做出合理推断。团队认为，这一现象正是由材料内部新出现的外尔费米子所引起，为量子材料领域的研究开辟了新的方向。

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