强关联费米子系统卢廷格定理与粒子-空穴对称性的精确实验检验

物理学中的一个基本概念是费米面，即在绝对零度下涵盖所有占据量子态的动量空间中的等能面。1960年，卢廷格假设只要相互作用不引起相变，费米面所包围的面积应保持不变，即便开启电子-电子相互作用也是如此。理解是什么决定了费米面的大小，是高$T_c$超导体等强相互作用系统中一个关键且尚未解决的问题。在此，我们对一个二维费米液体系统——即复合费米子（CFs）的费米海，其中奇异准粒子本身由强相互作用产生——给出了卢廷格定理的精确检验。通过对CFs的费米波矢直至极低电子密度的直接几何共振测量，我们表明卢廷格定理在相当大的相互作用强度范围内成立，即费米海面积由最低朗道能级中少数载流子的密度决定。我们的数据也涉及关于CFs是否遵守粒子-空穴对称性以及它们是否为狄拉克粒子的持续争论。我们发现粒子-空穴对称性成立，但测得的费米海面积在定量上不同于CFs的狄拉克模型所预测的结果。