德國尤利希研究中心領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊在最新一期《自然·通訊》雜志上撰文指出，他們首次證明了在二維材料中存在一種奇異的電子態(tài)——費米弧，這為新型量子材料及其在新一代自旋電子學(xué)和量子計算中的潛在應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

研究人員解釋說，他們檢測到的費米弧是費米面的一種特殊形式。費米面在凝聚態(tài)物理中用于描述金屬內(nèi)電子的動量分布。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(dǎo)性、負磁電阻以及異常量子傳輸效應(yīng)等奇異性質(zhì)有關(guān)。

科學(xué)家們目前面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)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于大塊材料，針對纖薄的拓撲二維(2D)材料開展相關(guān)研究是凝聚態(tài)科學(xué)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

由于電子和晶體結(jié)構(gòu)的相互作用，拓撲材料具有特殊的性質(zhì)，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。由于其擁有不同尋常的特性，科學(xué)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(shè)備內(nèi)的手性異常找到潛在的用武之地;也有望為強關(guān)聯(lián)拓撲材料開辟新的研究領(lǐng)域。

研究人員在位于意大利的Elettra同步輻射實驗室進行了實驗，發(fā)現(xiàn)了材料內(nèi)新奇的電子效應(yīng)——費米弧。這一發(fā)現(xiàn)表明，科學(xué)家們可以通過外部磁場對低維系統(tǒng)中的拓撲狀態(tài)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(lǐng)域“大顯身手”。(記者劉霞)