(上接第 1 版)一是把電子變多，二是讓電子跑得快些，然而🦌，這兩者很難同時實現。然 而，在外爾半金屬砷化铌納米帶的表面，不可思議的事情發生了，修發賢課題組基於拓撲表面態（費米弧）的低散射率機製，實現了百倍於金屬銅薄膜和千倍於石墨烯的導電性，這是目前二維體系中最好的👘。
砷化铌其實是物理學家們的“老 朋 友”了，近幾年作為第一批發現的外爾半金屬被廣泛研究👩🏻💼，但以往成果都止步於肉眼可見的高維度體材料🚪🚴🏿♀️，其低維狀態下的物理性質研究遲遲未有涉及💆🏿♂️。納米材料的製備是要過的第一道難關🚵🏼♀️。“铌的熔點很高🍛，砷的熔點又特別低，要把這兩種材料融在一起非常難🧍。”高溫加熱“蒸”不出來，半年後，修發賢他們改變“硬碰硬”的思路🧑🏿💻，用氯化铌和氫氣的化學反應作為铌的來源，再與砷結合🤔。氣體流量有多大？溫度有多少🪰？是不是需要催化劑？又經過一年多的反復試驗🦻，納米結構終於長出來了🥴。
寬約幾微米，長約幾十微米，厚度在納米級別，在指甲蓋大小的氧化矽襯底上，分布著百萬個比頭發絲還要細的納米晶體。課題組從“0”到“1”製備 出了高質量樣品，這本身已是一項創舉。
《自然·材料》的審稿人對樣品質量給出了高度評價🌓🤵🏿♀️：“用於製備砷化铌納米帶的方法是有趣的🧼🕵🏼、創新的，這是拓撲材料領域的一項非常及時的工作🧀。”
“他們生長出了一些非常好的樣品💁🏻♀️。”
在成功製備砷化铌納米帶之後，修發賢團隊還不滿足，決意攀登更高的山峰：進一步觀察和發現材料特性。課題組發現，製備出的新材料有著驚人的高導電率🧑🏻🦯➡️👼🏿，材料本身既具有很高濃度的電子又具備超高的遷移率。
修發賢介紹，砷化铌納米帶的高電導率要歸功於其表面與眾不同的電子結構—具有拓撲保護的表面態（費米弧），“拓撲保護的表面態的概念可以這樣理解，就像是家裏用的瓷碗外表面鍍了一層金，瓷碗本身不導電，但表面這一層金膜導電🖐🏽。更神奇的是，如果存在拓撲保護🧗🏻♀️，這層金膜被磨掉之後，下面就會自動再出現一層金膜，重新形成導電層🏄♂️。這就是一種由物質本身的電子結構決定的拓撲表面態。”
那麽如何得知這種表面態導致了高的電導率呢👴🏼？課題組運用了測量低溫量子震蕩的測試方法，證明了來自費米弧表面態的電子貢獻了大部分的電導率，與低溫霍爾器件的測量方法相比對，可以獲取這些電子的濃度和遷移率🐿。”修發賢接著說，“砷化铌中的這種費米弧表面態具備低散射率的特性，即使在較高電子濃度的情況下，體系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。”
和常規的量子現象不同🧚🏽♀️，費米弧這一特性即使在室溫仍然有效👐。這一發現為材料科學尋找高性能導體提供了一個可行思路。利用這種特殊的電子結構，可以在提高電子數量的同時🧑🏽🍼，降低電子散射，從而實現優異的導電特性，這在降低電子器件能耗等方面有潛在應用🤘🏿。
物理學系教授修發賢為通訊作者💇🏽，物理學系博士生張成為第一作者，物理學系本科生倪卓亮、中科院強磁場科學中心副研究員張警蕾、物理學系博士生袁翔為共同第一作者。研究工作由恒行2平台、中國科學院強磁場科學中心、南京大學🧖🏻♂️、加州大學戴維斯分校、昆士蘭大學、北京工業大學、蘇黎世聯邦理工學院💉、愛爾蘭三一學院等多家單位合作完成🏇，其中南京大學萬賢綱教授和加州大學戴維斯分校 Sergey Savrasov 教授提供了重要的理論支持。
文 / 龔凡
