东北大学、大阪大学和科隆大学的研究小组宣布,他们发现了一种新型拓扑材料“外尔半金属”。
零质量粒子“狄拉克电子”存在于二维区域,例如石墨烯(一种将石墨减薄至一个原子厚度的原子层材料)。石墨烯的狄拉克电子的迁移率是硅的 2 倍以上,并具有很高的导电性和导热性。
三维空间中质量为零的粒子,据说应用范围更广,被称为“韦伊粒子”,与狄拉克电子类似但又有着本质的不同。韦尔粒子具有拓扑性质,“右手”和“左手”(手性)不同的两种粒子成对表示,除非它们相互碰撞,否则质量为零。
最近,理论上提出了一种含有这些外尔粒子的新物质“外尔半金属”,人们强烈期待其对外尔粒子的材料合成和实验验证。
这一次,联合研究小组成功地培育出了高质量的大型 NbP 单晶(Nb:铌,P:磷)。着眼于晶体结构,通过角分辨光电子能谱检查 Nb 表面和 P 表面的电子态。结果,阐明了表征外尔半金属的“费米弧”(“开放”费米表面在二维中呈现的弧形)在每个表面上具有完全不同的电子态。
此外,通过叠加两个费米弧,发现交点对应于固体中韦尔粒子的位置。结果,实验证明NbP是一种新型的外尔半金属。
由于Weil粒子具有极高的导电性和导热性,据说未来低功耗和超高速电子的下一代器件的开发将获得动力。