Новые материалы, проводящие электричество, представляют большой интерес для физиков и материаловедов как для фундаментальных исследований, так и потому, что они могут привести к созданию новых типов электронных устройств.
Саврасов по теоретической физике конденсированного состояния. Вместе с другими он предположил существование полуметаллов Вейля в 2011 году. Китайская команда смогла изготовить и протестировать небольшие детали, называемые нанолентами, из арсенида ниобия, что подтвердило предсказания теории.
Наноленты настолько тонкие, что практически двумерны.
«Полуметалл Вейля – это не проводник или изолятор, а нечто среднее», – сказал Саврасов. Арсенид ниобия, например, является плохим проводником в массе, но имеет металлическую поверхность, которая проводит электричество.
Поверхность топологически защищена, что означает, что ее нельзя изменить без разрушения сыпучего материала.
Поверхность большинства материалов может быть химически изменена, поскольку они собирают загрязнения из окружающей среды.
Эти примеси могут влиять на проводимость. Но топологически защищенные поверхности отвергают эти загрязнения.
«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 от примесей или рассеиваются от них. На квантовом уровне проводящий материал имеет поверхность Ферми, которая описывает все квантовые энергетические состояния, которые электроны могут занимать.
Эта поверхность Ферми влияет на проводимость материала.
Наноленты, испытанные в этих экспериментах, имели ограниченную поверхность Ферми или дугу Ферми, а это означало, что электроны могли рассеиваться только в ограниченном диапазоне квантовых состояний.
«Дуга Ферми ограничивает состояния, в которые электроны могут отскочить, поэтому они не рассеиваются», – сказал Саврасов.
Материалы, которые обладают 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 через него выделяется меньше тепла.
Соавторы статьи: Ченг Чжан, Чжуолян Ни, Джинглей Чжан, Сян Юань, Янвэнь Лю, Ичао Цзоу, Чжиминг Ляо, Юнпин Ду, Авадхеш Нараян, Хунмин Чжан, Тяньчэн Гу, Сюэсун Чжу, Ли Пи, Сяфано Санвито, Цзинь Цзоу и Фасянь Сю. Представленные научно-исследовательские учреждения включают Университет Фудань, Шанхай; Китайская академия наук, Хэфэй; Нанкинский университет науки и технологий и Нанкинский университет, Нанкин; Пекинский технологический университет; Университет Квинсленда, Австралия; ETH Zurich, Швейцария; и Тринити-колледж в Дублине, Ирландия.
Финансовая поддержка поступила от Национального фонда естественных наук Китая и других правительственных агентств Китая; U.S. Национальный научный фонд; Австралийский исследовательский совет; и Научный фонд Ирландии.