中國(guó)和加州大學(xué)戴維斯分校研究人員測(cè)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(UCDavis)的物理學(xué)教授謝爾蓋薩瓦索夫(SergeySavrasov)說(shuō)：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》(NatureMaterials)期刊上的論文共同作者。物理學(xué)家和材料科學(xué)家對(duì)導(dǎo)電的新材料非常感興趣，不僅因?yàn)樗鼈兛梢杂糜诨A(chǔ)研究，而且因?yàn)樗鼈兛梢杂糜谥圃煨滦碗娮釉O(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(guó)研究小組能夠制造并測(cè)試砷化鈮的納米粒子，證實(shí)了理論的預(yù)測(cè)，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(hù)，這意味著它不能改變而不破壞大塊材料。對(duì)于大多數(shù)材料，當(dāng)它們從環(huán)境中吸收雜質(zhì)時(shí)，表面會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。這些雜質(zhì)會(huì)干擾電導(dǎo)率。但受地形保護(hù)的表面會(huì)排斥這些雜質(zhì)。

理論上，我們認(rèn)為Weyl表面是良導(dǎo)體，因?yàn)樗鼈儾缓s質(zhì)。如果你想象電子在物質(zhì)中流動(dòng)，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(gè)費(fèi)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(fèi)米表面影響材料的電導(dǎo)率。在這些實(shí)驗(yàn)中測(cè)試納米帶具有有限的費(fèi)米表面或費(fèi)米弧，這意味著電子只能被散射到有限范圍的量子態(tài)。費(fèi)米弧限制了電子能夠彈回的狀態(tài)，因此它們不會(huì)散射。當(dāng)工程師們努力建造越來(lái)越小的電路時(shí)，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(guò)時(shí)產(chǎn)生的熱量更少。

威爾半金屬是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種新型材料，加州大學(xué)戴維斯分校(UCDavis)和中國(guó)研究人員的最新研究表明，砷化鈮二維納米片具有很高的導(dǎo)電性。左邊為實(shí)驗(yàn)室制備的砷化鈮納米片透射電鏡；右圖是高倍掃描電鏡，顯示出規(guī)則的表面結(jié)構(gòu)。由于納米材料的量子特性，電流可以很容易地流動(dòng)。圖片：SergeySavrasov,UCDavis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(shí)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(fèi)米能級(jí)的單晶NbAs納米帶生長(zhǎng)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(fèi)米能級(jí)位于Weyl節(jié)點(diǎn)附近。其表面電導(dǎo)可達(dá)5-100s/□，超過(guò)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(guò)理論驗(yàn)證，將超高電導(dǎo)的起源歸因于具有抗序性的費(fèi)米弧。費(fèi)米電弧的低損耗特性對(duì)基礎(chǔ)研究和潛在電子應(yīng)用都具有重要意義。