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    我国学者发现具有超高电导率的砷化铌纳米带

    日期 2019-03-26   来源:信息科学部   作者:孙玲 张丽佳 潘庆  【 】   【打印】   【关闭

    图1 费米弧表面态导电机制示意图

    图2 砷化铌纳米带的电导率与其它材料的比较

      在国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(批准号:61322407)等资助下,复旦大学修发贤教授团队与中国科学院强磁场科学中心、南京大学等研究人员合作,制备出电导率超过5 S/ 的砷化铌纳米带。研究成果以“Ultrahigh Conductivity in Weyl Semimetal NbAs Nanobelts”(外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率)为题,于2019年3月18日在Nature Materials(《自然· 材料》)上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41563-019-0320-9。

      导体是集成电路制造中不可或缺的材料之一,广泛用于元器件间的互连、构成电感元件等。随着集成电路的特征尺寸越来越小、集成度越来越高、器件之间的相互连接越来越密集,流过这些微细导体的电流所产生的热量也越来越显著,一定程度上制约着芯片的进一步发展。因此,寻找超高导电材料成为人们研究的一个重要目标。

      修发贤团队最新研究发现,在外尔半金属砷化铌中,虽然该材料体态的电导率为常规金属所处的区域,但其表面态的电导率却很高。他们进一步探究揭示,砷化铌表面态中这一超高电导率来源于外尔半金属费米弧表面态的特殊电子结构(图1)。由于费米弧在倒空间是一条近似线性的非闭合弧线,因此其内部电子散射前后对应的运动速度以及方向的变化较小,这一方面抑制了散射的几率,另一方面减小了散射的幅度,从而不会显著降低材料的迁移率。此外,由于不同费米弧在倒空间的间隔较远,不同费米弧之间的电子不容易发生散射。因此,费米弧表面态能在较高态密度的情况下,仍然保持低散射几率。这样就能确保大部分电子都沿一个方向运动,让电子传输的效率大大提高。修发贤课题组基于费米弧这个低散射率机制,制备出了具有超高电导率的砷化铌纳米带(图2),而且费米弧这一特性即使在室温也仍然有效。这一发现为材料科学寻找高性能导体提供了新思路。




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