-由Iolanda di Bernardo博士撰写，FLEET/Monash
舰队研究员Iolanda di Bernardo博士，莫纳什大学物理和天文学院
澳大利亚领导的一项研究使用扫描隧道显微镜“技巧”来绘制Na的电子结构3.毕，我在寻找这种材料极高电子迁移率的原因。
在研究拓扑狄拉克半金属的过程中，研究小组发现交换和相关效应对电子速度和迁移率至关重要，从而对这种令人兴奋的材料在未来超低能量电子产品中的使用至关重要。
迄今为止，对Na的能带色散知之甚少3.Bi在传导带(高于费米能级)，尽管有诱人的暗示，电子的实际速度比理论预测的要大得多。
“我们培育了Na的薄膜3.Bi和通过准粒子干涉研究了它们的带结构，”主要作者Iolanda di Bernardo博士说。
“我们的计算表明，要了解载流子的极高实验速度，特别是在传导带，交换和相关效应是至关重要的。”
巧妙的技巧和惊喜:
左:Na地形的STM图像3.Bi样本。右:在狄拉克点E处显示最小值的状态密度D
拓扑狄拉克半金属可以被认为是石墨烯的3D对应物:在费米能级(传导电子“通常”位于的位置)附近，它们表现出与石墨烯相同的线性带色散，这意味着它们的电子实际上是无质量的。
这自然转化为极高的导电性，在这种情况下，发生在空间的所有三个方向上。
预测了Na的线性色散3.Bi，但这种材料的传导带的适当映射仍然缺失。
事实上，测量费米能级以上材料的能带结构并不是一项简单的任务——主要是因为电子通常不占据这些状态。
实现这一点的少数方法之一是使用基于扫描隧道光谱的技巧:
“我们获得了尖端和样品之间的量子隧道电流在不同偏差下的‘映射’，”Iolanda解释道。
这些映射的导数显示了非常典型的模式，源于电子在样品中的无序散射。
这种散射过程混合了在倒数空间中具有相同恒定能量轮廓的电子，这可以通过对映射进行傅里叶变换而可见。
恒定能量等高线的圆形(映射在倒数空间)对应于狄拉克锥的圆锥部分。
“在我们的例子中，这产生了‘圆圈’，对应于狄拉克锥状色散的切割”(见图)。
这种分析技术使研究小组能够重建材料中的(线性)带色散，并提取载流子在价带和导带中的速度。
但是，当将这些测量到的能带色散与理论预测进行比较时，出现了一个问题:最低导电带和价带的测量速度明显高于理论预测。
然而，该团队发现了一种显著提高测量和理论之间一致性的方法:
“我们使用越来越复杂的模型来描述我们的系统，并发现，随着我们改善治疗交换和相关势在模型中(从PBE来吉瓦方法)，我们可以更接近实验值-即使我们仍然观察到一些差异，”Iolanda解释说。
虽然这些意想不到的强相互作用的起源还不清楚，但新的研究表明，交换相关效应可能是钠中电子高速运动的基础3.Bi。
了解拓扑狄拉克半金属中载流子的超高迁移率是在低能量电子器件中成功实现这些材料的一步。
这项研究
相互作用对拓扑狄拉克半金属钠能带结构的重要性3.Bi,于2020年7月出版于物理评论B(DOI: 10.1103 / physrevb.102.045124)。
这项工作，一个成功的合作舰队，新加坡科技与设计大学而且苏州大学得到了ARC(卓越中心和DECRA项目)和新加坡教育部AcRF Tier 2的支持。的资源上执行计算工作国家超级计算中心(新加坡)和德克萨斯高级计算中心．
在舰队
拓扑绝缘体Na等新型材料的性能3.Bi在FLEET学习，澳大利亚研究理事会卓越中心，在该中心使能技术A．
未来低能电子技术中心(FLEET)是一个由200多名研究人员组成的合作组织，旨在开发超低能量电子产品，以应对计算中能源使用的挑战，计算已经消耗了全球8%的电力，并且每十年就会翻一番。
更多的信息
- 联系研究员Iolanda di Bernardo博士(莫纳什大学)iolanda.dibernardo@monash.edu
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