«Трехмерный графен» обладает еще большей проводимостью

Открытие трехмерной версии графена — двумерных листов углерода, через которые электроны буквально проносятся со скоростью, во много раз превышающей скорость перемещения по кремнию — обещает новые разработки в области высоких технологий.

Среди новинок можно предположить более быстрые транзисторы и намного более компактные дисковые накопители.

Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики США установили, что висмутат натрия может существовать как форма квантовой материи под названием трехмерный топологический полуметалл Дирака (3DTDS).

Это было первое экспериментальное доказательство трехмерных фермионов Дирака в материале, новейшее состояние, ранее предполагаемое лишь теоретически.

«3DTDS — это естественная трехмерная копия графена с подобной или даже лучшей подвижностью и скоростью электронов», сообщил физик Ю Линь Чен. „Кроме того, 3DTDS демонстрирует интригующее ненасыщающее линейное магнетосопротивление, которое может оказаться на порядки величин выше, чем у материалов, используемых сегодня в жестких дисках, и способно помочь в разработке более эффективных оптических датчиков“.

Результаты исследования опубликованы в издании Science, статья «Discovery of a Three-dimensional Topological Dirac Semimetal, Na3Bi».

Два наиболее интригующих новых материала в мире высоких технологий сегодня — это графен и топологические изоляторы, кристаллические материалы, которые являются изоляторами внутри, но проводят ток на поверхности. Оба материала характеризуются двумерными фермионами Дирака, что обуславливает экстраординарные и востребованные физические свойства. Топологические изоляторы также обладают уникальной электронной структурой, в которой внутренние электроны ведут себя так, как и должны в изоляторе, и поверхностные электроны ведут себя, словно они в графене.

«Скорое развитие графена и топологических изоляторов вызывает вопросы относительно того, существуют ли трехмерные копии и другие материалы с необычной топологией электронной структуры», отметил Чен. „Наше открытие отвечает обеим потребностям. В висмутате натрия, как мы установили, зоны проводимости и валентности соприкасаются только в дискретных точках и рассеиваются линейно вдоль всех трех импульсных направлений для формирования трехмерных фермионов Дирака. Более того, топология электронной структуры 3DTDS не менее уникальна, чем она же у топологических изоляторов“.