🔯フェルミアーク
フェルミアーク（Fermi arc）は、固体物理学、特にトポロジカル絶縁体やワイル半金属に関する研究で注目される現象の一つです。以下に、フェルミアークの基本的な概念について説明します。トポロジカル絶縁体とは: トポロジカル絶縁体は、内部は絶縁体として振る舞うが、表面や境界には導電性を持つ特殊な物質です。この導電性は、その物質のトポロジカル性質に由来しており、特定の条件下では消えることがないことが知られています。
ワイル半金属: ワイル半金属は、電子のバンド構造において、フェルミエネルギーでバンドが点で交差する物質を指します。この交差点をワイル点と呼びます。
フェルミアークの出現: ワイル半金属の表面状態を考えると、ワイル点の投影に結びつく特異な電子状態が表面に現れます。これがフェルミアークです。つまり、フェルミアークはワイル半金属の表面で見られるフェルミ面の断片です。
実験的検出: フェルミアークは、角度分解光電子分光法 (ARPES) などの実験的手法を使用して観測されました。これらの手法により、ワイル半金属の特徴的なフェルミアーク構造が明らかにされています。
フェルミアークやワイル半金属は、トポロジカル物質の研究において非常に興味深い現象として取り上げられています。これらのトポロジカルな特性は、将来の電子デバイスや量子コンピューティングへの応用が期待されています。
非従来型超伝導の分野では、超伝導体の擬ギャップ状態で見られる現象にフェルミアークがある。運動量空間で見ると、空間の一部に超伝導体のような状態密度のギャップが見られる。これは、反磁極点から始まり、温度を下げると運動量空間全体に広がり、いたるところでギャップが生じ、試料は超伝導となる。運動量空間内でギャップがないままの領域は、フェルミ・アークと呼ばれる。
フェルミ面は、結晶格子の周期性と対称性、および電子エネルギーバンドの占有率から導き出された形状である[1]。フェルミ面の存在は、量子状態ごとに最大1個の電子を許すパウリ排他原理の直接的な帰結である[2][3][4][5]。物質のフェルミ面を研究することをフェルミ学という。
https://www.jaea.go.jp/02/press2020/p21020801/
素粒子物理学では、フェルミ・ディラック統計に従う粒子をフェルミオンと呼ぶ。一般に、スピン1/2、スピン3/2など、半奇数整数のスピンを持つ。また、パウリの排他律に従う。フェルミオンには、すべてのクォークとレプトン、およびこれらの奇数個からなるすべての複合粒子（すべてのバリオンや多くの原子や原子核など）が含まれます。ボース・アインシュタイン統計に従うボソンとフェルミオンとは異なる。
スピンという性質に加えて、フェルミオンにはもう一つ特殊な性質があり、それはバリオンやレプトンの量子数が保存されていることである。したがって、通常、スピン-統計関係と呼ばれるものは、実際にはスピン統計-量子数関係である[1]。
パウリの排他律の結果、ある特定の量子状態を占めることができるフェルミオンは1つだけである。複数のフェルミオンが同じ空間確率分布を持っているとする。このとき、各フェルミオンが持つ少なくとも1つの性質（例えばスピンなど）は異なっていなければならない。フェルミオンといえば物質、ボソンといえば力を運ぶ粒子というイメージがある。しかし、素粒子物理学の現状では、この2つの概念の区別は曖昧である。弱い相互作用をするフェルミオンは、極端な条件下ではボソニック的な振る舞いを示すこともある。例えば、低温では、荷電粒子でない場合は超流動、荷電粒子である場合は超伝導を示す。
陽子や中性子のような複合フェルミオは、日常的な物質の重要な構成要素である。
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