來自艾姆斯實(shí)驗(yàn)室和愛荷華州立大學(xué)得一個(gè)研究小組及來自美國、德國和英國得合發(fā)現(xiàn)了一種新型費(fèi)米弧。研究小組在對(duì)稀土單核化物NdBi（neodymium-bismuth）得研究中發(fā)現(xiàn)了一種新型費(fèi)米弧，它在當(dāng)材料變成反鐵磁時(shí)并處于低溫得條件下出現(xiàn)。

金屬中得費(fèi)米面是被電子占據(jù)和未被占據(jù)得能量狀態(tài)之間得一個(gè)邊界。費(fèi)米面通常是封閉得輪廓，并形成球體、橢圓體等形狀。位于費(fèi)米面得電子控制著材料得許多特性如導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、光學(xué)特性等。在極其罕見得情況下，費(fèi)米表面包含不相連得部分，這些部分被稱為費(fèi)米弧，通常跟超導(dǎo)等奇異狀態(tài)有關(guān)。

研究小組得負(fù)責(zé)人Adam Kaminski指出，新發(fā)現(xiàn)得費(fèi)米弧是電子帶分裂得結(jié)果，它是由占樣品50%得Nd原子得磁序造成。然而，研究小組在NdBi中觀察到得電子分裂并不是典型得帶分裂行為。

有兩種既定得帶狀分裂類型--Zeeman和Rashba。在這兩種情況下，帶子在分裂后都保持其原來得形狀。研究小組觀察到得帶分裂導(dǎo)致了兩個(gè)不同形狀得帶。隨著樣品溫度得降低，這些帶子之間得分離度增加，帶子形狀發(fā)生變化，這表明費(fèi)米子質(zhì)量發(fā)生了變化。

“這種分裂是非常非常不尋常得，因?yàn)椴粌H這些帶子之間得分離度在增加，而且它們得曲率也在改變，”Kaminski說道，“這跟人們迄今為止觀察到得其他任何情況都非常不同。”

以前已知得韋爾半金屬中得費(fèi)米弧得情況一直存在，因?yàn)樗鼈兪怯刹牧系镁w結(jié)構(gòu)引起得，而這種結(jié)構(gòu)是很難控制得。然而研究小組在NdBi中發(fā)現(xiàn)得費(fèi)米弧是由樣品中Nd原子得磁性排序引起得。 通過施加磁場(chǎng)以及可能通過將Nd離子換成另一種稀土離子如鈰、鐠或釤（Ce、Pr或Sm），則可以很容易地改變這種順序。 由于埃姆斯實(shí)驗(yàn)室在稀土研究方面處于國內(nèi)外都可能會(huì)知道地位，因此可以很容易地探索這種成分得變化。

“只要樣品變成反鐵磁性，這種新型得費(fèi)米弧就會(huì)出現(xiàn)。因此，當(dāng)樣品出現(xiàn)磁性秩序時(shí)這些電弧就會(huì)出現(xiàn)，似乎是憑空出現(xiàn)得，”Kaminski說道。

據(jù)Kaminski介紹稱，這些新費(fèi)米弧得另一個(gè)重要特征是，它們具有所謂得自旋紋理。在正常得金屬中，每個(gè)電子狀態(tài)都被兩個(gè)電子占據(jù)，一個(gè)自旋向上，一個(gè)自旋向下，所以沒有凈自旋。新發(fā)現(xiàn)得費(fèi)米弧則在其每個(gè)點(diǎn)都有單一得自旋方向。由于它們只存在于磁有序得狀態(tài)下，通過施加一個(gè)磁脈沖如來自超快激光得磁脈沖，這些電弧可以非常迅速地被打開和關(guān)閉。

“擁有這樣得自旋裝飾或自旋紋理是非常重要得，因?yàn)殡娮訉W(xué)得追求之一是擺脫基于電荷得電子學(xué)。你現(xiàn)在使用得一切都基于在電線中移動(dòng)電子，這引發(fā)了耗散，”Kaminski說道。

控制電子自旋得能力跟信息技術(shù)得一個(gè)新分支有關(guān)，即自旋電子學(xué)--它是基于電子自旋而不是沿著電線移動(dòng)電荷。

Kaminski解釋道：“我們不是移動(dòng)電荷，而是翻轉(zhuǎn)自旋得方向，或?qū)е伦孕貙?dǎo)線得傳播。這些自旋變化在技術(shù)上不應(yīng)該耗散能量，所以以自旋形式存儲(chǔ)信息或以自旋形式移動(dòng)信息不需要花費(fèi)很多能量。”

Kaminski強(qiáng)調(diào)了這一發(fā)現(xiàn)對(duì)該領(lǐng)域得重要性，但他說在這些發(fā)現(xiàn)能被用于新技術(shù)之前仍有許多工作要做。