再取得突破，我國造出一新“黑科技”材料，導(dǎo)電率超石墨烯千倍

在2019年年初隨著“嫦娥四號”的成功登陸，我國特種航天界已經(jīng)喜報不斷，而最近在材料科學(xué)方面中國有一項“黑技術(shù)”取得了突破性進(jìn)展。

最近在國際知名的科學(xué)期刊《自然》中，出現(xiàn)了一篇來自中國的文章——《外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導(dǎo)率》，本文由復(fù)旦大學(xué)修法典團(tuán)隊撰寫，文章主要描述了團(tuán)隊開發(fā)的外國一半，砷化砷納米帶在金屬材料中的獨特性質(zhì)，這種材料的最大特點是其高導(dǎo)電性。

眾所周知石墨烯已經(jīng)是用于導(dǎo)電層壓銀膜的二維材料，這種砷化砷納米帶的導(dǎo)電率比石墨烯的導(dǎo)電率高1000倍以上！至于為什么砷化砷納米帶具有超導(dǎo)性它可以追溯到1929年，1929年德國科學(xué)家赫爾曼·比爾預(yù)測了一種滿足三維狄拉克方程的相對論費米子稱為“外爾費米子”，它具有特定的手性和零質(zhì)量。

在包括砷化砷納米帶的“外爾半金屬”的拓?fù)浣^緣體材料中它們的低能準(zhǔn)粒子激發(fā)可以用雙組分狄拉克方程式——來描述，其也被稱為“德式方程式”，換句話說出現(xiàn)在“德國半金屬”中的準(zhǔn)粒子電子具有與無質(zhì)量費米子費米子相同的運動特性。

簡單地說在“德國半金屬”中，有效電子質(zhì)量為零并且在材料運動過程中基本不受影響，這與石墨烯的超高電導(dǎo)率源完全相同。

然而“外來半金屬”具有優(yōu)于石墨烯的優(yōu)點，即“外爾半金屬”是三維材料其在制備和應(yīng)用中比石墨烯更簡單，此外砷化砷納米帶的表面結(jié)構(gòu)不同其表面狀態(tài)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，簡而言之它就像一個陶瓷碗在用金箔電鍍后可以導(dǎo)電，但對于砷化砷納米帶金箔會磨損，將來將“自動”生成一層導(dǎo)電金箔。

砷化鈮納米的“外爾半金屬”將在未來的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中有很多工作要做，在現(xiàn)有的電子器件中由于在不同成分的材料界面處的散射電子被大大耗盡，并且具有低散射率和高導(dǎo)電率的外來半金屬材料可以極大地增強(qiáng)各種類型的材料，半導(dǎo)體元件的效率降低了其他損耗例如熱損失。

值得一提的是中國對類似材料的研究較早開始，甚至可以說是“世界第一”梯隊，2015年7月16日普林斯頓大學(xué)和中國科學(xué)院物理研究所的研究小組在砷晶體（TaAs）結(jié)構(gòu)中觀察了費米子的半金屬和費米弧，證實了其拓?fù)涮卣?，這是人類第一次檢測到外爾費米子半金屬的存在。