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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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量子材料領(lǐng)域十年難題獲破解 理想外爾半金屬首次合成
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量子材料領(lǐng)域十年難題獲破解 理想外爾半金屬首次合成 2025-01-27 來源： 科技日報 張佳欣【字體：大 中 小】語音播報 由日本理化學(xué)研究所新興物質(zhì)科學(xué)研究中心強關(guān)聯(lián)量子輸運實驗室領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊，首次成功合成了理想的外爾半金屬，標(biāo)志著困擾量子材料領(lǐng)域十年的難題取得突破性進展。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。 外爾費米子是由晶體中電子的集體量子激發(fā)產(chǎn)生的。據(jù)預(yù)測，它們能展現(xiàn)出奇異的電磁特性，因此引起全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。 科學(xué)家在過去十年中對數(shù)千種晶體進行了深入研究，但大多數(shù)外爾半金屬的電導(dǎo)性主要由不具備拓?fù)浠蛱厥庑再|(zhì)的電子主導(dǎo)，從而掩蓋了外爾費米子的行為。此次，團隊終于合成了一種僅含有一對外爾費米子且不存在無關(guān)電子態(tài)的金屬材料。 團隊從拓?fù)浒雽?dǎo)體中設(shè)計出了外爾半金屬。這一策略最初于2011年從理論上提出，但隨后被學(xué)界擱置。 半導(dǎo)體具有較小的“能隙”，使其能夠在絕緣態(tài)和導(dǎo)電態(tài)之間切換，成為商用晶體管的基礎(chǔ)。半金屬可以看作是一種極限的半導(dǎo)體，其“能隙”為零，處于絕緣體和金屬之間的臨界點。在現(xiàn)實材料中，這種極端情況極為罕見。最著名的例子可能是石墨烯，已在莫爾物理學(xué)和柔性電子學(xué)中得到應(yīng)用。 該研究中使用的拓?fù)浒雽?dǎo)體為碲化鉍。團隊以高度可控的方式調(diào)整了材料的化學(xué)成分，用鉻替代了鉍，從而合成了（Cr,Bi）2Te3。他們對這種材料中巨大的反�；魻栃�(yīng)感到好奇，因為它預(yù)示著拓?fù)浒雽?dǎo)體之外的新物理現(xiàn)象。 與以往的外爾半金屬不同，（Cr,Bi）2Te3獨特的簡單電子結(jié)構(gòu)使團隊能夠利用精確的理論定量解釋實驗，并根據(jù)出現(xiàn)的巨大反�；魻栃�(yīng)做出推斷。團隊表示，這一現(xiàn)象正是由材料內(nèi)部新出現(xiàn)的外爾費米子所引起。 |
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