中國和加州大學戴維斯分校研究人員測量了砷化鈮極薄層的高電導率，砷化鈮是一種被稱為Weyl半金屬的材料。加州大學戴維斯分校(UC Davis)的物理學教授謝爾蓋薩瓦索夫(Sergey Savrasov)說：
這種材料在室溫下的導電性大約是銅的三倍，薩瓦索夫是3月18日發表在《自然材料》(Nature Materials)期刊上的論文共同作者。物理學家和材料科學家對導電的新材料非常感興趣，不僅因為它們可以用於基礎研究，而且因為它們可以用於製造新型電子設備。
博科園-科學科普：薩瓦索夫致力於理論凝聚態物理學，和其他人一起，他在2011年提出了Weyl半金屬的存在。中國研究小組能夠製造並測試砷化鈮的納米粒子，證實了理論的預測，納米粒子非常薄，基本上是二維的。威爾半金屬不是導體或絕緣體，而是介於兩者之間。例如，砷化鈮在體積上是一種不良導體，但其金屬表面可以導電。表面是拓撲保護，這意味著它不能改變而不破壞大塊材料。對於大多數材料，當它們從環境中吸收雜質時，表面會發生化學變化。這些雜質會干擾電導率。但受地形保護的表面會排斥這些雜質。
理論上，我們認為Weyl表面是良導體，因為它們不含雜質。如果你想象電子在物質中流動，想象它們被雜質彈開或散射。在量子層面，導電材料有一個費米表面，它描述了電子可以佔據的所有量子能量狀態，費米表面影響材料的電導率。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範圍的量子態。費米弧限制了電子能夠彈回的狀態，因此它們不會散射。當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生的熱量更少。
- 威爾半金屬是介於導體和絕緣體之間的一種新型材料，加州大學戴維斯分校(UC Davis)和中國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電性。左邊為實驗室製備的砷化鈮納米片透射電鏡；右圖是高倍掃描電鏡，顯示出規則的表面結構。由於納米材料的量子特性，電流可以很容易地流動。圖片：Sergey Savrasov, UC Davis
在二維(2D)系統中，高遷移率通常是在低載流子密度半導體和半金屬中實現。發現，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諧費米能級的單晶NbAs納米帶生長方案。由於大的表面與體的比例，二維表面狀態導致高片狀載流子密度，即使體費米能級位於Weyl節點附近。其表面電導可達5 - 100s /□，超過了傳統二維電子氣體、準二維金屬薄膜和拓撲絕緣體表面狀態。通過理論驗證，將超高電導的起源歸因於具有抗序性的費米弧。費米電弧的低損耗特性對基礎研究和潛在電子應用都具有重要意義。
- （上圖）據波士頓學院、加州大學洛杉磯分校和瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員稱，Weyl半金屬砷化鉭具有巨大的體積光電效應——光產生的固有或非線性的電流比以往任何時候都要大十倍以上圖片：Kenneth Burch/Boston College
博科園-科學科普｜研究/來自: 加州大學戴維斯分校
參考期刊文獻:《Nature Materials》
DOI: 10.1038/s41563-019-0320-9
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