深 度 量子洞 察
探 索 量子科 技 未 来

二维拓扑材料内发现新奇电子效应,为研发新型量子材料奠定基础

德国尤利希研究中心领导的一个国际研究团队在最新一期《自然·通讯》杂志上撰文指出,他们首次证明了在二维材料中存在一种奇异的电子态——费米弧,这为新型量子材料及其在新一代自旋电子学和量子计算中的潜在应用奠定了基础。

图片来源:物理学家组织网

研究人员解释说,他们检测到的费米弧是费米面的一种特殊形式。费米面在凝聚态物理中用于描述金属内电子的动量分布。通常这些费米曲面代表闭合曲面,而费米弧等例外情况非常罕见,通常与超导性、负磁电阻以及异常量子传输效应等奇异性质有关。

科学家们目前面临的技术挑战是“按需”控制材料的物理特性,但这种实验测试在很大程度上仅限于大块材料,针对纤薄的拓扑二维(2D)材料开展相关研究是凝聚态科学领域的重大挑战。

由于电子和晶体结构的相互作用,拓扑材料具有特殊的性质,而且免受干扰的影响。另一方面,二维材料是仅由一层原子或分子组成的材料,其中大名鼎鼎的二维材料是石墨烯,其由单层碳原子组成。由于其拥有不同寻常的特性,科学家们目前正在对其开展深入研究。

最新研究使用的材料是二维铁原子层。与石墨烯相比,这些二维混合磁体也有其独特的特性,如它可以为设备内的手性异常找到潜在的用武之地;也有望为强关联拓扑材料开辟新的研究领域。

研究人员在位于意大利的Elettra同步辐射实验室进行了实验,发现了材料内新奇的电子效应——费米弧。这一发现表明,科学家们可以通过外部磁场对低维系统中的拓扑状态进行量子控制,未来可以利用外部磁场让二维材料在人工智能和信息处理领域“大显身手”。

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