Полуметаллы — высокие проводники

Полуметаллы Вейля — это новый тип материала между проводниками и изоляторами. Новая работа UC Davis и китайских исследователей показывает, что двумерные наноленты арсенида ниобия могут демонстрировать очень высокую проводимость. Слева — трансмиссионная ЭМ нанобельтов из арсенида ниобия, изготовленных в лаборатории; правое изображение — сканирующий ЭМ с большим увеличением, показывающий правильную структуру поверхности. Электрический ток может течь легко из-за квантовых свойств наноматериала. Кредит: Сергей Саврасов, UC Davis

Исследователи из Китая и Калифорнийского университета в Дэвисе измерили высокую проводимость в очень тонких слоях арсенида ниобия, материала, называемого полуметаллом Вейля. Материал обладает примерно в три раза большей проводимостью меди при комнатной температуре, говорит Сергей Саврасов, профессор физики в Калифорнийском университете в Дэвисе. Саврасов является соавтором статьи, опубликованной 18 марта в журнале Nature Materials.

Новые материалы, которые проводят электричество, представляют большой интерес для физиков и материаловедов, как для фундаментальных исследований, так и потому, что они могут привести к появлению новых типов электронных устройств.

Саврасов работает по теоретической физике конденсированных сред. Вместе с другими он предложил существование полуметалла Вейля в 2011 году. Китайская команда смогла изготовить и испытать маленькие кусочки, называемые наноленты, из арсенида ниобия, подтверждая предсказания теории. Наноленты настолько тонкие, что по существу они двумерные.

«Полуметалл Вейля — это не проводник или изолятор, а нечто среднее», — сказал Саврасов. Арсенид ниобия, например, является плохим проводником в объеме, но имеет металлическую поверхность, которая проводит электричество. Поверхность защищена топологически, что означает, что ее нельзя изменить, не разрушив сыпучий материал .

С большинством материалов поверхности могут быть химически изменены, поскольку они поглощают примеси из окружающей среды. Эти примеси могут мешать проводимости. Но топологически защищенные поверхности отвергают эти примеси.

«Теоретически мы ожидаем, что поверхности Вейля будут хорошими проводниками, поскольку они не переносят примесей», — сказал Саврасов.

Если вы думаете об электронах, протекающих через материал, представьте, что они отскакивают или рассеиваются от примесей. На квантовом уровне проводящий материал имеет поверхность Ферми, которая описывает все квантовые энергетические состояния, которые могут занимать электроны. Эта поверхность Ферми влияет на проводимость материала.

Наноленты, испытанные в этих экспериментах, имели ограниченную поверхность Ферми или ферми-дугу, что означало, что электроны могли рассеиваться только в ограниченном диапазоне квантовых состояний.

«Ферми-дуга ограничивает состояния, к которым могут приходить электроны, поэтому они не рассеиваются», — сказал Саврасов.

Материалы, обладающие высокой проводимостью в очень малых масштабах, могут быть полезны, поскольку инженеры стремятся создавать все меньшие и меньшие схемы. Меньшее электрическое сопротивление означает, что при прохождении тока генерируется меньше тепла.

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-semimetals-high-conductors.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...