再獲突破，我國造出一全新“黑科技”材料，導(dǎo)電率超石墨烯1000倍

再獲突破，我國造出一全新“黑科技”材料，導(dǎo)電率超石墨烯1000倍

在2019年開年之時(shí)，隨著“嫦娥四號(hào)”成功著陸月背，我國航空航天界已經(jīng)喜報(bào)不斷，而在最近，在材料科學(xué)方面，我國又有一款“黑科技”取得了突破。

近日，在國際知名科學(xué)期刊《自然》上，出現(xiàn)了一篇來自中國的論文——《外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導(dǎo)率》，這篇論文由復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢團(tuán)隊(duì)所著，文中主要講述了該團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的外爾半金屬材料砷化鈮納米帶的奇異特性。

這款材料最大的特點(diǎn)，就在于其超高的導(dǎo)電率。眾所周知，石墨烯已經(jīng)是導(dǎo)電率碾壓銀薄膜的二維材料，而這款砷化鈮納米帶的導(dǎo)電率，比石墨烯高出1000多倍！

至于為何砷化鈮納米帶具有超強(qiáng)導(dǎo)電率，則得上溯到1929年。在1929年，德國科學(xué)家赫爾曼·外爾預(yù)言了一種滿足三維狄拉克方程的相對(duì)論性費(fèi)米子，稱為“外爾費(fèi)米子”，外爾費(fèi)米子具備特定手性，而且質(zhì)量為零。

而在包括砷化鈮納米帶在內(nèi)的“外爾半金屬”這種拓?fù)浣^緣體材料中，它們的低能準(zhǔn)粒子激發(fā)可以用二分量狄拉克方程——也就是“外爾方程”所描述，換言之，在“外爾半金屬”中出現(xiàn)的作為準(zhǔn)粒子的電子，具有與無質(zhì)量外爾費(fèi)米子相同的運(yùn)動(dòng)特性。

簡單來說，在“外爾半金屬”里，電子的有效質(zhì)量為零，在材料中運(yùn)動(dòng)時(shí)基本不受影響，和石墨烯超高導(dǎo)電率的來源如出一轍。

不過“外爾半金屬”相比石墨烯，具備一個(gè)優(yōu)勢(shì)，那就是“外爾半金屬”為三維材料，無論是制備還是應(yīng)用，都比石墨烯要更為簡單。而且砷化鈮納米帶表面的電子結(jié)構(gòu)不同，其表面態(tài)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，簡單來說，這就像鍍上金箔以后可以導(dǎo)電的陶瓷碗，但對(duì)砷化鈮納米帶而言，把金箔磨掉以后，又會(huì)“自動(dòng)”生成一層導(dǎo)電的金箔。

砷化鈮納米帶這種“外爾半金屬”，在未來的半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，將會(huì)大有作為。在現(xiàn)有的電子器件中，電子在不同成分的材料界面上會(huì)因?yàn)樯⑸涠鴮?dǎo)致很大的損耗，而具備低散射率和高導(dǎo)電率的外爾半金屬材料，可以極大程度的提升各類半導(dǎo)體元件的效率，降低熱損耗等其他損耗。

值得一提的是，我國在類似材料上的研究起步較早，甚至可以說處于“世界第一”的梯隊(duì)里。2015年7月16日，美國普林斯頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院物理研究所分別在鉭砷晶體（TaAs）結(jié)構(gòu)中觀察到了外爾費(fèi)米子半金屬及費(fèi)米弧，確認(rèn)了其拓?fù)涮卣?，這是人類第一次檢測到外爾費(fèi)米子半金屬的存在。

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