李啟火
費米子，指的是自旋為半整數的粒子，服從費米-狄拉克統計。因為自旋是半整數，比遜遵從泡利不相容原理，即在全同粒子集體中，一個量子態只能容納一個費米子。典型的費米子有電子、質子和中子。特別是材料中的電子，因為是費米子，無法處於相同的量子態中，使得材料內部電子在動量空間按照能帶分佈來填充，形成了各種微觀電子態。能帶中的電子，因為攜帶了相互作用的因素，包括電子-電子間相互作用、電子-聲子相互作用等等，那麼可以將電子等效成一個新的粒子，這就是準粒子。準粒子對應材料基態的一種元激發，或者說是材料中電子體系相互作用的體現。
費米子包括兩類：狄拉克費米子和馬約拉納費米子。狄拉克費米子指的是粒子和反粒子不同的費米子，馬約拉納費米子指的是粒子和反粒子均為其自身的費米子。
進一步，狄拉克費米子又可以分為有質量和無質量的費米子，其中無質量的費米子又可以分為左旋和右旋兩類，稱之為外爾費米子。所以外爾費米子具備兩個特徵：1.無質量，即存在線性色散關係；2.手性，分為左旋和右旋兩種手性。有質量的狄拉克費米子構成了標準模型裡的各種費米子，無質量的費米子目前尚未在自由粒子中找到。但是，在固體材料中的準粒子中，可以有無質量的外爾費米子，或者說，它描述的是電子的相互作用。其線性色散體現在能帶上就是一個狄拉克錐，錐中心點落在費米麵上，連接兩個錐的是費米弧，錐點也是費米弧頂點就各是一個外爾費米子。因為具有左旋或右旋的特徵，這種外爾費米子又是一個磁單極子。特別注意的是，固體材料中的準粒子都是在動量空間描述的，因此目前發現的外爾費米子是動量空間的磁單極子，並不是實際空間裡的磁單極子，更不是自由磁單極子。
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