二維重費米子材料首次創(chuàng)建
發(fā)布時間：2024年1月25日
來源：科技日報
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美國哥倫比亞大學(xué)研究人員合成出第一個二維重費米子材料。這種新材料是由鈰、硅和碘組成的層狀金屬間化合物晶體（CeSiI）。它具有比普通電子重的電子，是探索量子現(xiàn)象的新平臺。研究成果17日發(fā)表在《自然》雜志上。
在重費米子化合物中，電子比平常重1000倍。在這類材料中，電子與磁自旋纏繞在一起，從而減緩了電子的速度，增加了電子的有效質(zhì)量。這種相互作用在包括超導(dǎo)在內(nèi)的許多神秘量子現(xiàn)象中發(fā)揮了重要作用。
幾十年來，研究人員一直在探索重費米子材料，但其形狀都是大塊的三維晶體。哥倫比亞大學(xué)研究人員此次合成的新材料是二維的，這為探索基礎(chǔ)物理和獨特的量子相奠定了新的基礎(chǔ)。
CeSiI是一種范德華晶體，可剝離成只有幾個原子厚的層。這使得它比塊狀晶體更容易操縱，也更容易與其他材料結(jié)合。此外，它還具有二維材料中存在的潛在量子性質(zhì)。1998年的一篇論文首次描述了CeSiI，其中間的硅片夾在磁性的鈰原子之間。研究人員猜測，CeSiI可能具有一些有趣的電子性質(zhì)。
此次研究中，研究人員利用掃描隧道顯微鏡觀察到一種特殊的重費米子光譜形狀特征。隨后，他們合成了一種與CeSiI相當(dāng)?shù)姆谴判圆牧希煞N材料的電子進行了稱重。結(jié)果，CeSiI更重。研究人員表示，在二維極限下操縱CeSiI，將能找到實現(xiàn)量子臨界性的新途徑，并可以設(shè)計出新材料。
在完善無空氣合成技術(shù)后，研究人員正在系統(tǒng)地替換晶體中的原子。例如，將硅替換為鋁或鎵等其他金屬，以創(chuàng)造可供研究的、具有獨特性質(zhì)的重費米子材料。