二維重費米子材料首次創建

科技日報2024年1月18日報道，美國哥倫比亞大學研究人員合成出第一個二維重費米子材料。這種新材料是由鈰、硅和碘組成的層狀金屬間化合物晶體（CeSiI）。它具有比普通電子更重的電子，是探索量子現象的新平臺。研究成果于2024年1月17日發表在《自然》雜志上。

在重費米子化合物中，電子比平常重1 000倍。在這類材料中，電子與磁自旋纏繞在一起，從而減緩了電子的速度，增加了電子的有效質量。這種相互作用在包括超導在內的許多神秘量子現象中發揮了重要作用。

幾十年來，研究人員一直在探索重費米子材料，但其形狀都是大塊的三維晶體。哥倫比亞大學研究人員此次合成的新材料是二維的，這為探索基礎物理和獨特的量子相奠定了新的基礎。

CeSiI是一種范德華晶體，可剝離成只有幾個原子厚的層。這使得它比塊狀晶體更容易操縱，也更容易與其他材料結合。此外，它還具有二維材料中存在的潛在量子性質。1998年的一篇論文首次描述了CeSiI，其中間的硅片夾在磁性的鈰原子之間。研究人員猜測，CeSiI可能具有一些有趣的電子性質。

此次研究中，研究人員利用掃描隧道顯微鏡觀察到一種特殊的重費米子光譜形狀特征。隨后，他們合成了一種與CeSiI相當的非磁性材料，并對兩種材料的電子進行了稱重。結果，CeSiI更重。研究人員表示，在二維極限下操縱CeSiI，將能找到實現量子臨界性的新途徑，并可以設計出新材料。

在完善無空氣合成技術后，研究人員正在系統地替換晶體中的原子。例如，將硅替換為鋁或鎵等其他金屬，以創造可供研究的、具有獨特性質的重費米子材料。

（來源：科技日報）