Halvmetaller er høje ledere

Forskere i Kina og ved UC Davis har målt høj ledningsevne i meget tynde lag af niobiumarsenid, en type materiale kaldet et Weyl -halvmetal. Materialet har cirka tre gange ledningsevnen af ​​kobber ved stuetemperatur, sagde Sergey Savrasov, professor i fysik ved UC Davis. Savrasov er medforfatter på papiret, der blev offentliggjort 18. marts i Naturmaterialer .

Nye materialer, der leder elektricitet, har stor interesse for fysikere og materialeforskere, både til grundforskning og fordi de kunne føre til nye typer elektroniske enheder.

Savrasov arbejder med teoretisk fysik af kondenseret stof. Med andre, han foreslog eksistensen af ​​Weyl -halvmetaller i 2011. Det kinesiske team var i stand til at fremstille og teste små stykker, kaldet nanobelter, af niobium arsenid, bekræfter teoriens forudsigelser. Nanobælterne er så tynde, at de i det væsentlige er todimensionale.

"Et Weyl -halvmetal er ikke en leder eller en isolator, men noget imellem, "Sagde Savrasov. Niobium arsenid, for eksempel, er en dårlig leder i bulk, men har en metallisk overflade, der leder elektricitet. Overfladen er topologisk beskyttet, hvilket betyder, at det ikke kan ændres uden at ødelægge bulkmaterialet.

Med de fleste materialer, overflader kan ændres kemisk, når de opsamler urenheder fra miljøet. Disse urenheder kan forstyrre ledningsevnen. Men topologisk beskyttede overflader afviser disse urenheder.

"I teorien forventer vi, at Weyl -overflader er gode ledere, da de ikke tåler urenheder, "Sagde Savrasov.

Hvis du tænker på elektroner, der strømmer gennem materiale, forestil dig, at de hopper af eller spredes fra urenheder. På kvante niveau, et ledende materiale har en Fermi -overflade, der beskriver alle de kvanteenergitilstande, elektroner kan optage. Denne Fermi -overflade påvirker materialets ledningsevne.

Nanobelterne testet i disse forsøg havde en begrænset Fermi -overflade eller Fermi -bue, hvilket betyder, at elektroner kun kunne spredes til et begrænset område af kvantetilstande.

"Fermi -buen begrænser de tilstande, elektroner kan hoppe tilbage til, derfor er de ikke spredt, "Sagde Savrasov.

Materialer, der er meget ledende i meget små skalaer, kan være nyttige, da ingeniører stræber efter at bygge mindre og mindre kredsløb. Mindre elektrisk modstand betyder, at der genereres mindre varme, når strømmen passerer igennem.