莫斯科物理与技术研究所(Moscow Institute of Physics and Technology;MIPT)的研究人员正致力于探索石墨烯的三维(3D)形式,作为下一代电子材料。

MIPT的研究人员曾经因为石墨烯研究而在2010年获得诺贝尔奖(Nobel Prize)。Andre Geim和Konstantin Novoselov发现了德国物理学家Hermann Weyl曾经预言的“3D形式的石墨烯”,并称其为“威尔半金属”(Weyl Semimetal)。

3D石墨烯可望让其中的电子携带电荷,但不带质子——就像光子一样,因而使其成为最有希望在拓扑材料表面达到像超导体般电导率的新方法之一。

在动量空间中集中于一特殊点上的偶数锥形锥体形成的Weyl半金属中的块状电子光谱 (数据源:MIPT)

Geim和Novoselov利用拓扑场域理论,在Weyl半金属表面上表征出无质量但带电荷之Weyl粒子的行为,其结果并发表在《物理评论》(Physical Review)期刊中。

Weyl费米子(这种用语比粒子更精确,意味着它遵循统计规则并拥有半整体自旋)在Hermann Weyl终其一身努力寻找后(Hermann Weyl在1995年去世),终于在2015年被发现存在于目前已知的Weyl半金属微小晶体表面。接着,MIPT教授Zhanna Devizorova及博士候选人Zhanna Devizorova解开了预测在晶体表面费米弧(Fermi Arcs )(Weyl费米子散射)形状的拓扑等式。

1930年代的诺贝尔奖得主Igor Tamm预测了这些电子的表面状态,衍生出这些状态的第一个理论模型。这种Weyl半金属较目前的电子组件更快速也更节能,因此,MIPT的几位科学家现正积极寻找可为下一代电子组件(基于拓扑学的Weyl半金属)奠定基础的原理。

研究人员希望,Weyl半金属能够实现超快速电子学,其Weyl Fermions可以由电场和磁场控制。