再獲突破，我國造出一全新“黑科技”材料，導電率超石墨烯1000倍

再獲突破，我國造出一全新“黑科技”材料，導電率超石墨烯1000倍

在2019年開年之時，隨著“嫦娥四號”成功著陸月背，我國航空航天界已經喜報不斷，而在最近，在材料科學方面，我國又有一款“黑科技”取得了突破。

近日，在國際知名科學期刊《自然》上，出現了一篇來自中國的論文——《外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導率》，這篇論文由復旦大學修發賢團隊所著，文中主要講述了該團隊所研發的外爾半金屬材料砷化鈮納米帶的奇異特性。

這款材料最大的特點，就在于其超高的導電率。眾所周知，石墨烯已經是導電率碾壓銀薄膜的二維材料，而這款砷化鈮納米帶的導電率，比石墨烯高出1000多倍！

至于為何砷化鈮納米帶具有超強導電率，則得上溯到1929年。在1929年，德國科學家赫爾曼·外爾預言了一種滿足三維狄拉克方程的相對論性費米子，稱為“外爾費米子”，外爾費米子具備特定手性，而且質量為零。

而在包括砷化鈮納米帶在內的“外爾半金屬”這種拓撲絕緣體材料中，它們的低能準粒子激發可以用二分量狄拉克方程——也就是“外爾方程”所描述，換言之，在“外爾半金屬”中出現的作為準粒子的電子，具有與無質量外爾費米子相同的運動特性。

簡單來說，在“外爾半金屬”里，電子的有效質量為零，在材料中運動時基本不受影響，和石墨烯超高導電率的來源如出一轍。

不過“外爾半金屬”相比石墨烯，具備一個優勢，那就是“外爾半金屬”為三維材料，無論是制備還是應用，都比石墨烯要更為簡單。而且砷化鈮納米帶表面的電子結構不同，其表面態受到拓撲保護，簡單來說，這就像鍍上金箔以后可以導電的陶瓷碗，但對砷化鈮納米帶而言，把金箔磨掉以后，又會“自動”生成一層導電的金箔。

砷化鈮納米帶這種“外爾半金屬”，在未來的半導體工業領域，將會大有作為。在現有的電子器件中，電子在不同成分的材料界面上會因為散射而導致很大的損耗，而具備低散射率和高導電率的外爾半金屬材料，可以極大程度的提升各類半導體元件的效率，降低熱損耗等其他損耗。

值得一提的是，我國在類似材料上的研究起步較早，甚至可以說處于“世界第一”的梯隊里。2015年7月16日，美國普林斯頓大學研究團隊與中國科學院物理研究所分別在鉭砷晶體（TaAs）結構中觀察到了外爾費米子半金屬及費米弧，確認了其拓撲特征，這是人類第一次檢測到外爾費米子半金屬的存在。

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