【物理學家發現石墨烯的 3D 版本】

八方

【物理學家發現石墨烯的 3D 版本】

 

ARPES 在行動

三維類似物石墨烯已獨立地創建三個小組的研究人員。

石墨烯，可被視為一個二維的系統，像電子旅行是通過新的固體顆粒的無品質粒子。材料可以説明物理學家更深入瞭解的拓撲絕緣體和還可能用於創建更好的電腦硬碟。

石墨烯是由碳元素只是一個原子厚厚一層，因為它在 2004 年首次分離出其非凡的電子和機械性質進行了世界各地的物理學家。

同時為研究都局限于 2D 的電子的行為提供一個實驗室，石墨烯還被吹捧作為替換為矽在電子設備中。

石墨烯是不同于大多數結晶性材料，因為它的電子受不標準的薛定諤方程，而是由相對論量子力學的狄拉克方程。

被稱為狄拉克半金屬，它的電子旅遊有效地作為無品質粒子，使他們能夠達到更高的速度比普通的電子 — — 高達 106 m s– 1。

正如一個結果，石墨烯的電子遷移率約 200,000 釐米2/Vs，相比大約 1400年釐米2/Vs 矽中。

在 3D 中狄拉克半金屬

在石墨烯，此無品質的電子傳輸只能發生內的平面的碳原子，使得它本質上 2D 的效果。

然而，在 2012 年查理斯 · 凱恩和賓夕法尼亞大學的同事們計算，原則上，它應該是可能產生 3D 的狄拉克半金屬。

賓夕法尼亞州研究者用氧化鉍的同素異形體作為其計算模型。

有趣的是，他們的分析也表明這種材料具有"受保護的表面狀態"這是一種物質的好奇狀態的特徵被稱為拓撲絕緣體。

奇怪的電子性質的拓撲絕緣體出現，因為形狀 — — 或拓撲結構 — — 電子能帶的因此不可能為沿表面運動後, 向散射電子。

結果，一種材料，是一種大批量的絕緣體可以是優良導體，在它的表面上。

這些表面的國家有一項有趣的功能，是不存在的其他材料。傳導電子旅行表面上這樣，自旋向上電子在一個方向和自旋向下電子在相反的方向移動。

這是的極大興趣的研究人員正在努力開發自旋電子學器件，使用電子自旋來處理和存儲的資訊。

實驗室製造的

現在，三組獨立地產生拓撲半金屬在實驗室裡。

一個團隊包括榆林陳和 SLAC 國家加速器實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家們在加州、 牛津大學和北京國家實驗室凝聚態物理和物理學院。

陳和他的同事做他們的實驗對鈉碲化。

第二組包括紮希德 · 哈桑和新澤西州的普林斯頓大學的同事，以及同事在麻塞諸塞州、 臺灣和新加坡。

這組看著鎘砷化物，第三個獨立的團隊，其中包括羅伯特 · 靜脈和同事在普林斯頓大學和固態研究研究所的物理學家在德累斯頓和在德國的德累斯頓大學的一樣。

我們也許能夠使硬碟從狄拉克能更小，更高的密度和有降低能源消耗

榆林陳，牛津大學所有三個小組證實在 3D 中電子的運動由光譜角分辨光電子能譜 （ARPES） — — 一種技術，措施的能量和動量的電子在固體中的狄拉克方程。

在由薛定諤方程描述的系統，電子的能量是勢頭的的平方成正比，而狄拉克方程中兩個是勢頭的成線性比例。

簽名的相對論性電子傳輸，因此，是傳導帶與價觸摸在單尖角已知作為狄拉克錐，而不是在一條抛物線。

這兩個群體在所有三個方向在他們的材料中檢測到狄拉克錐的簽名。

實驗確認存在拓撲國家尚未報告由三組和是進一步工作的主題。

尋找其他狄拉克半金屬

陳告訴他的團隊現在將嘗試尋找其他可能的狄拉克半金屬的非議。

"這種事不是只是一個複合：它是整個集團的材料，"他說."我們正在尋找更好的狄拉克能，但我們需要找到一個第一次說服自己，相信它們的存在。

查理斯 · 凱恩認為首要的工作是在基礎研究。

"每一次你會發現一個新的階段的物質，它開門到和它一起玩，"他說。

"你能想到了狄拉克半金屬作為一個臨界狀態的： 它是只是在被許多不同的事物之間的界限."他是更持懷疑態度的工作將會有短期的利益為工程師，石墨烯具有因為不同石墨烯，是已知最強的材料之一，狄拉克能難作和研究，他們只有有限的結構穩定性。

陳同意首要的工作是在基本物理學中，但他確實看到一些工程應用。

作為一個例子，他列舉了磁電腦的硬碟，使用一個稱為的巨磁電阻效應藉以某些材料的電阻發生了顯著變化時磁場作用下屬性。

今天在硬碟中使用最好的材料有 %幾數萬的電阻變化。

"在拓撲的狄拉克半金屬，這種變化可以有幾百或幾千甚至 %，"他說。

"這意味著我們可能能夠使硬碟從狄拉克能更小，更高的密度和有較低的能耗."

陳小組的論文發表在科學中。

哈桑和靜脈組預印本是arXiv上可用.

關於作者

Tim Wogan 是一個總部設在英國的科學作家

 

 

引用：http://www.microsofttranslator.com/bv.aspx?from=&to=zh-CHT&a=http%3A%2F%2Fphysicsworld.com%2Fcws%2Farticle%2Fnews%2F2014%2Fjan%2F21%2Fphysicists-discover-3d-versions-of-graphene