東北大學、大阪大學和科隆大學的研究小組宣布,他們發現了一種新型拓撲材料“外爾半金屬”。
無質量粒子“狄拉克電子”存在於二維區域,例如石墨烯(一種原子層材料,其中石墨被減薄至一個原子的厚度)。石墨烯中的狄拉克電子的遷移率是矽的十倍以上,並表現出高導電性和導熱性。
對於更廣泛的應用,三維空間中質量為零的粒子被稱為“韋爾粒子”,它與狄拉克電子類似,但又有本質的不同。外爾粒子具有拓撲(topological)性質,“右手”和“左手”(手性)不同的兩類粒子成對錶示,除非相互碰撞,否則質量為零。
最近,一種含有Weyl粒子的新物質“Weyl半金屬”從理論上被提出,其合成和Weyl粒子的實驗驗證備受期待。
此次,聯合研究組成功生長出高質量大尺寸NbP單晶(Nb:鈮,P:磷)。著眼於晶體結構,通過角分辨光電子能譜研究了 Nb 和 P 表面的電子態。結果,我們發現表徵韋爾半金屬的“費米弧”(“開放”費米麵的二維弧形)電子態在每個表面上具有完全不同的形狀。
此外,通過疊加兩個費米弧,我們發現交點對應於固體中Weyl粒子的位置。這通過實驗證明NbP是一種新型的Weyl半金屬。
由於Weyl粒子具有極高的導電性和導熱性,相信它們將為下一代低功耗和超高速電子器件的開發提供動力。