Los semimetales de Weyl son un nuevo tipo de material entre conductores y aislantes. Un nuevo trabajo de UC Davis e investigadores chinos muestra que nanocinturones bidimensionales de arseniuro de niobio pueden mostrar una conductividad muy alta. A la izquierda, transmisión EM de nanocinturones de arseniuro de niobio fabricados en el laboratorio; la imagen de la derecha es un EM de exploración de mayor aumento que muestra la estructura de la superficie regular. La corriente eléctrica puede fluir fácilmente debido a las propiedades cuánticas del nanomaterial. Crédito:Sergey Savrasov, UC Davis
Investigadores en China y en UC Davis han medido una alta conductividad en capas muy delgadas de arseniuro de niobio, un tipo de material llamado semimetal Weyl. El material tiene aproximadamente tres veces la conductividad del cobre a temperatura ambiente, dijo Sergey Savrasov, profesor de física en UC Davis. Savrasov es coautor del artículo publicado el 18 de marzo en Materiales de la naturaleza .
Los nuevos materiales que conducen la electricidad son de gran interés para los físicos y científicos de materiales, tanto para la investigación básica como porque podrían conducir a nuevos tipos de dispositivos electrónicos.
Savrasov trabaja en la física teórica de la materia condensada. Con otros, propuso la existencia de semimetales Weyl en 2011. El equipo chino pudo fabricar y probar piezas pequeñas, llamados nano cinturones, de arseniuro de niobio, confirmando las predicciones de la teoría. Los nanocinturones son tan delgados que son esencialmente bidimensionales.
"Un semimetal Weyl no es un conductor ni un aislante, pero algo intermedio "Dijo Savrasov. Arseniuro de niobio, por ejemplo, es un mal conductor a granel pero tiene una superficie metálica que conduce la electricidad. La superficie está protegida topológicamente, lo que significa que no se puede cambiar sin destruir el material a granel.
Con la mayoría de los materiales, las superficies pueden alterarse químicamente a medida que recogen impurezas del medio ambiente. Estas impurezas pueden interferir con la conductividad. Pero las superficies protegidas topológicamente rechazan estas impurezas.
"En teoría, esperamos que las superficies de Weyl sean buenos conductores, ya que no toleran las impurezas, "Dijo Savrasov.
Si piensa en electrones que fluyen a través del material, imagínelos rebotando o esparciéndose por las impurezas. A nivel cuántico, un material conductor tiene una superficie de Fermi que describe todos los estados de energía cuántica que pueden ocupar los electrones. Esta superficie de Fermi afecta la conductividad del material.
Las nanocinturones probados en estos experimentos tenían una superficie de Fermi limitada o un arco de Fermi, lo que significa que los electrones solo podrían dispersarse en un rango limitado de estados cuánticos.
"El arco de Fermi limita los estados a los que los electrones pueden rebotar, por tanto, no se esparcen, "Dijo Savrasov.
Los materiales que son altamente conductores a escalas muy pequeñas podrían ser útiles a medida que los ingenieros se esfuerzan por construir circuitos cada vez más pequeños. Menos resistencia eléctrica significa que se genera menos calor a medida que pasa la corriente.
