中國和加州大學(xué)戴維斯分校研究人員測量了砷化鈮極薄層的高電導(dǎo)率，砷化鈮是一種被稱為Weyl半金屬的材料。

加州大學(xué)戴維斯分校(UC Davis)的物理學(xué)教授謝爾蓋薩瓦索夫(Sergey Savrasov)說：這種材料在室溫下的導(dǎo)電性大約是銅的三倍，薩瓦索夫是3月18日發(fā)表在《自然材料》(Nature Materials)期刊上的論文共同作者。物理學(xué)家和材料科學(xué)家對導(dǎo)電的新材料非常感興趣，不僅因為它們可以用于基礎(chǔ)研究，而且因為它們可以用于制造新型電子設(shè)備。

博科園-科學(xué)科普：薩瓦索夫致力于理論凝聚態(tài)物理學(xué)，和其他人一起，他在2011年提出了Weyl半金屬的存在。中國研究小組能夠制造并測試砷化鈮的納米粒子，證實了理論的預(yù)測，納米粒子非常薄，基本上是二維的。威爾半金屬不是導(dǎo)體或絕緣體，而是介于兩者之間。例如，砷化鈮在體積上是一種不良導(dǎo)體，但其金屬表面可以導(dǎo)電。表面是拓?fù)浔Ｗo，這意味著它不能改變而不破壞大塊材料。對于大多數(shù)材料，當(dāng)它們從環(huán)境中吸收雜質(zhì)時，表面會發(fā)生化學(xué)變化。這些雜質(zhì)會干擾電導(dǎo)率。但受地形保護的表面會排斥這些雜質(zhì)。

理論上，我們認(rèn)為Weyl表面是良導(dǎo)體，因為它們不含雜質(zhì)。如果你想象電子在物質(zhì)中流動，想象它們被雜質(zhì)彈開或散射。在量子層面，導(dǎo)電材料有一個費米表面，它描述了電子可以占據(jù)的所有量子能量狀態(tài)，費米表面影響材料的電導(dǎo)率。在這些實驗中測試納米帶具有有限的費米表面或費米弧，這意味著電子只能被散射到有限范圍的量子態(tài)。費米弧限制了電子能夠彈回的狀態(tài)，因此它們不會散射。當(dāng)工程師們努力建造越來越小的電路時，在非常小尺度上具有高導(dǎo)電性的材料可能是有用的，更小的電阻意味著電流通過時產(chǎn)生的熱量更少。

在二維(2D)系統(tǒng)中，高遷移率通常是在低載流子密度半導(dǎo)體和半金屬中實現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)，即使在高載流子密度的情況下，Weyl半金屬NbAs的納米帶仍然保持著較高的遷移率。提出了一種合成具有可調(diào)諧費米能級的單晶NbAs納米帶生長方案。由于大的表面與體的比例，二維表面狀態(tài)導(dǎo)致高片狀載流子密度，即使體費米能級位于Weyl節(jié)點附近。其表面電導(dǎo)可達5 - 100s /□，超過了傳統(tǒng)二維電子氣體、準(zhǔn)二維金屬薄膜和拓?fù)浣^緣體表面狀態(tài)。通過理論驗證，將超高電導(dǎo)的起源歸因于具有抗序性的費米弧。費米電弧的低損耗特性對基礎(chǔ)研究和潛在電子應(yīng)用都具有重要意義。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?加州大學(xué)戴維斯分校

參考期刊文獻:《Nature Materials》

DOI: 10.1038/s41563-019-0320-9

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