二維拓撲材料內發現新奇電子效應

科技日報北京9月27日電 （記者劉霞）德國尤利希研究中心領導的一個國際研究團隊在最新一期《自然·通訊》雜誌上撰文指出，他們首次證明了在二維材料中存在一種奇異的電子態——費米弧，這為新型量子材料及其在新一代自旋電子學和量子計算中的潛在應用奠定了基礎。

研究人員解釋説，他們檢測到的費米弧是費米麪的一種特殊形式。費米麪在凝聚態物理中用於描述金屬內電子的動量分佈。通常這些費米曲面代表閉合曲面，而費米弧等例外情況非常罕見，通常與超導性、負磁電阻以及異常量子傳輸效應等奇異性質有關。

科學家們目前面臨的技術挑戰是“按需”控制材料的物理特性，但這種實驗測試在很大程度上僅限於大塊材料，針對纖薄的拓撲二維（2D）材料開展相關研究是凝聚態科學領域的重大挑戰。

由於電子和晶體結構的相互作用，拓撲材料具有特殊的性質，而且免受干擾的影響。另一方面，二維材料是僅由一層原子或分子組成的材料，其中大名鼎鼎的二維材料是石墨烯，其由單層碳原子組成。由於其擁有不同尋常的特性，科學家們目前正在對其開展深入研究。

最新研究使用的材料是二維鐵原子層。與石墨烯相比，這些二維混合磁體也有其獨特的特性，如它可以為設備內的手性異常找到潛在的用武之地；也有望為強關聯拓撲材料開闢新的研究領域。

研究人員在位於意大利的Elettra同步輻射實驗室進行了實驗，發現了材料內新奇的電子效應——費米弧。這一發現表明，科學家們可以通過外部磁場對低維繫統中的拓撲狀態進行量子控制，未來可以利用外部磁場讓二維材料在人工智能和信息處理領域“大顯身手”。