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    我國學者發現具有超高電導率的砷化鈮納米帶

    日期 2019-03-26   來源:信息科學部   作者:孫玲 張麗佳 潘慶  【 】   【打印】   【關閉

    圖1 費米弧表面態導電機制示意圖

    圖2 砷化鈮納米帶的電導率與其它材料的比較

      在國家自然科學基金優秀青年科學基金項目(批準號:61322407)等資助下,復旦大學修發賢教授團隊與中國科學院強磁場科學中心、南京大學等研究人員合作,制備出電導率超過5 S/ 的砷化鈮納米帶。研究成果以“Ultrahigh Conductivity in Weyl Semimetal NbAs Nanobelts”(外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導率)為題,于2019年3月18日在Nature Materials(《自然· 材料》)上在線發表。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41563-019-0320-9。

      導體是集成電路制造中不可或缺的材料之一,廣泛用于元器件間的互連、構成電感元件等。隨著集成電路的特征尺寸越來越小、集成度越來越高、器件之間的相互連接越來越密集,流過這些微細導體的電流所產生的熱量也越來越顯著,一定程度上制約著芯片的進一步發展。因此,尋找超高導電材料成為人們研究的一個重要目標。

      修發賢團隊最新研究發現,在外爾半金屬砷化鈮中,雖然該材料體態的電導率為常規金屬所處的區域,但其表面態的電導率卻很高。他們進一步探究揭示,砷化鈮表面態中這一超高電導率來源于外爾半金屬費米弧表面態的特殊電子結構(圖1)。由于費米弧在倒空間是一條近似線性的非閉合弧線,因此其內部電子散射前后對應的運動速度以及方向的變化較小,這一方面抑制了散射的幾率,另一方面減小了散射的幅度,從而不會顯著降低材料的遷移率。此外,由于不同費米弧在倒空間的間隔較遠,不同費米弧之間的電子不容易發生散射。因此,費米弧表面態能在較高態密度的情況下,仍然保持低散射幾率。這樣就能確保大部分電子都沿一個方向運動,讓電子傳輸的效率大大提高。修發賢課題組基于費米弧這個低散射率機制,制備出了具有超高電導率的砷化鈮納米帶(圖2),而且費米弧這一特性即使在室溫也仍然有效。這一發現為材料科學尋找高性能導體提供了新思路。




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