在物理學中,“狄拉克錐”是指電子可以像光壹樣在二維平面中傳播的系統,對基礎科學和工業技術具有重要意義。2010發現石墨烯有狄拉克錐,其發明者獲得諾貝爾物理學獎。唐爽這次發現了另壹種合金材料,它不僅具有大多數石墨烯的特殊性質,還具有壹些更加復雜有趣的特殊功能和性質。
這種材料是鉍銻合金薄膜。在不同的溫度、壓力、薄膜厚度和生長取向條件下,這種材料可以提供許多可控的特殊性能。唐爽和特拉瑟豪斯發現了壹種在鉍銻合金薄膜中建立不同類型的迪拉康酮的方法。
這種新材料和石墨烯壹樣,具有奇特的“狄拉克錐”電子結構。這種不尋常的電子結構允許電子以不同於其他普通材料的方式移動。唐爽說,“在這種材料中,電子可以像光壹樣傳播。”而且不管有什麽樣的“墻”,電子都能快速穿過100%。
復旦大學物理系理學學士唐爽說:“這些應用仍然需要我們進壹步開發,還有許多實驗和測試要做!”據Tretherhouse教授介紹,在他們做出這個結果之前,從來沒有人想到鉍材料可以產生“狄拉克錐”的電子結構。起初,他們從研究Bi-Sb合金的理論性質開始,但他們得到了意想不到的結果。這種新材料不僅具有石墨烯的各種性質,改變生長條件,還可以使這種新材料產生其他新穎的性質。這開辟了電子器件產業的新方向:在同壹材料體系上制造各種電子器件,大大節約了產業成本。烏克蘭合作者已經開始合成這種材料。
助力“量子計算機”研發
這種Bi-Sb合金薄膜材料極有可能成為下壹代計算機芯片和熱電發電機的革命性材料。因為,這種材料壹旦制成電腦芯片,其速度將比現有的矽片快很多倍。電子在這種新材料中的傳播速度將比在矽中快幾百倍!此外,狄拉克電子的遷移率比矽中的經典電子大壹百倍。同時,各向異性不同的狄拉克錐預示著我們可以在同壹材料體系中制造各種電子器件,從而避免矽電子行業昂貴的切割工藝。這可能會為電子制造業節省可觀的成本,不得不令人興奮。這樣,“量子計算機”的實現就有了新的可能性。量子計算機壹旦發明,將使計算機的運算速度提高數千倍,從而淘汰現有的二進制計算機。
如果將這種材料用於加熱和發電,就可以利用器件兩端的溫差來產生電流。由於唐爽教授和特雷瑟豪斯教授提供的這種材料具有極快的電子傳播速度和極低的熱導率,因此可以產生很大的發電效率,從而制造出高效的熱電材料。該系統特別適用於超低溫系統,如空間站和衛星,將向陽面和向陽面的溫差轉化為電能,為空間站和衛星提供動力。反過來,這種材料也可以制成“高效低溫冰箱”,效率高、價格低、無噪音、無廢棄物汙染。
唐氏理論提出的系統對於基礎科學研究的意義在於,它可以提供壹個低速研究相對論新現象的平臺。特別是Down理論指出的各種各向異性狄拉克錐,使得狄拉克電子在不同方向上具有不同的相對論色散群速度。通俗地說,就是“讓愛因斯坦向左走比向前走快得多”。