首页技术中心技术动态莱斯大学开发一种新型超级材料或可制造出更强大、更节能的电子产品

莱斯大学开发一种新型超级材料或可制造出更强大、更节能的电子产品

发布时间：2025-06-04 15:48:58 阅读数： 69

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插层过渡金属二钙化物中理想克拉默结线的设计及其材料特性。

由莱斯大学物理学家易明和 Emilia Morosan 领导的研究小组开发出了一种具有独特电子特性的新材料，这种材料可以制造出功能更强大、能效更高的电子设备。

这种被称为克拉默节线金属的材料是通过在一种基于钽和硫的层状化合物中引入少量铟而制成的。铟的加入改变了晶体结构的对称性，从而促进了与克拉默节理线行为相关的新物理特性。这项发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的研究代表了向低能损电子学迈出的一步，并为更可持续的技术铺平了道路。

“物理学和天文学副教授易说："我们的工作为发现和设计具有未来电子学理想特性的新型量子材料提供了一条清晰的道路。

创造一种新材料

研究人员发现，当他们在二硫化钽（TaS₂）中加入微量铟时，这种材料的基本晶体对称性发生了变化，从而产生了一种独特的保护模式，在这种模式中，自旋上升和自旋下降的电子在动量空间中沿着不同的路径运动，就像高速公路上逆向行驶的汽车一样。这种情况一直持续到两条路径在克拉默结点线处合并为止。

这种新材料还展示了无能量损失的导电能力，具有超导特性。这种双重特性可以促进拓扑超导体的发展，从而增强电力系统和计算技术。

“物理与天文学、电子与计算机工程和化学教授兼莱斯量子材料中心主任莫罗桑说："设计一种材料来满足这些特殊性能所需的严格对称条件是极具挑战性的，但成果是丰硕的。

研究小组试验了各种成分，以观察最佳特性。他们利用自旋分辨角分辨光发射光谱和外加磁场中的电传输等先进工具，对材料内部的微小颗粒进行了检测。这项技术使他们能够测量电子（负责导电的粒子）的能量、运动和自旋。

“我们的实验表明，我们可以精确地调整材料的特性，以突出其拓扑特征，这对未来的应用至关重要，"该研究的共同第一作者、莱斯大学博士生张一辰说。

研究结果

为了确保研究结果的可靠性，他们将实验观察结果与复杂的第一原理理论计算相结合。理论预测与实验数据相吻合，使他们对这种材料的电子拓扑结构有了更深入的了解。

这项研究的共同作者、斯莫利-科尔研究所（Smalley-Curl Institute）所长河野纯一郎（Junichiro Kono）说，通过发现和调整克拉默斯节点线金属的特性，易和 Morosan 的团队不仅拓展了人们对量子材料的理解，还为变革性的低能电子技术铺平了道路。

“这项开创性的工作体现了 Smalley-Curl 研究所的创新精神，"Kono 说。“它推进了我们在多个领域促进跨学科合作的使命，将物理学、材料科学和工程学结合起来，探索物质的新量子行为。

研究人员表示，这一发现仅仅是个开始，他们渴望继续探索这些新材料，以发现更多可能带来技术和科学突破的非凡特性。

“这项研究的共同第一作者、莱斯大学博士生高宇翔（Yuxiang Gao）说："还有很多东西需要探索，我们对这种新材料带来的未来可能性感到兴奋。