2017年4月5
物理学教授台昌迟昂和研究生蔡志旭在伊利诺伊大学厄那纳-香槟分校弗雷德里克-西茨材料研究实验室的常实验室中。图片由伊利诺伊州物理学院提供。欧洲杯足球竞彩
最近的一项发现强调，当α-锡（通常称为灰锡）的晶体结构发生应变时，它会表现出一种新的电子相。
这使得它成为一种独特的新型3D材料，称为拓扑狄拉克半金属（TDSs）。2013年仅发现欧洲杯足球竞彩了另外两种TDS材料。现在，Alpha tin作为唯一的简单元素成员包含在这个类中。
这一发现对新物理学和其他一些潜在的技术应用很有前景。这些结果是中科院物理学研究生徐才志的成果伊利诺伊大学厄本那香槟分校与美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)和其他六个国际机构的先进光源(Advanced Light Source)的科学家合作。
TDS在其表面上表现出类似于拓扑绝缘体（TIs）的电子性质。对这些TIs的研究目前正变得越来越重要。TIs的内部或“本体”起到绝缘体的作用，其表面允许电子像金属一样自由传导。
表面电子作为二维无质量自旋极化狄拉克费米子，对非磁性杂质具有很强的抗扰性，在容错量子计算和自旋电子器件中具有潜在的应用价值。
TDSs中的体电子在所有三个维度中都扮演无质量的狄拉克费米子的角色，这为新的物理行为带来了额外的可能性。
tds对凝聚态物理学家有着浓厚的兴趣，主要是因为它们表现出许多新颖的物理特性，包括超高载流子迁移率、巨大线性磁电阻、手性异常和新颖的量子振荡。其次，这类材料可以实现许多有趣的拓扑相——在受控欧洲杯足球竞彩条件下，材料可以进行相变，可以成为拓扑绝缘体、威尔半金属或拓扑超导体。
蔡志旭，伊利诺伊大学
众所周知，锡由两种确定的同素异形体组成:在13.2℃及以上，贝塔锡或白色锡是金属。当温度低于13.2℃时，锡的原子结构发生转变。
然而，在像锑化铟（InSb）这样的衬底上生长的薄膜中，锡的转变温度升高到200°C。这解释了即使在室温以上，α-锡仍然保持稳定。
一种普通的半金属相通常表现为alpha-tin的金刚石立方晶体结构，目前这种材料还没有任何普遍的应用。事实上，灰色的锡在一些涉及锡的应用中会成为问题——所谓的“锡虫”问题指的是灰色锡的形成会导致由白色锡组成的部件解体。
Xu等人在实验中对材料进行了应变设计。这是通过在InSb(另一种晶体材料，包含一个略有不同的晶格常数)衬底上的层中生长alpha-tin样品来实现的。
晶格的不匹配导致了α -锡的应变或压缩。人们认为，应变将打开灰色锡的带隙，并将其变成TI。在最近的一些研究中，研究人员观察了应变锡的拓扑表面状态，但他们没有观察到应变诱导能带隙，因为他们不能访问导电带。在本研究中，我们使用了钾掺杂，用这种简单的方法可以达到电导带。我们能够看到无间隙和线性带色散，这是狄拉克半金属的标志。这个发现有点出乎意料。我决定研究这种材料是因为它有已知的TI相。当我深入研究实验结果并进行一些理论计算时，我发现α -锡在压缩应变下并不是像之前认为的那样是绝缘体。它原来是狄拉克半金属。我们的计算还表明，只有在拉伸应变下，α -锡才成为TI。
蔡志旭，伊利诺伊大学
蒋希望这些发现能为新的研究领域腾出空间:徐才智的工作表明，在简单的普通材料中仍然可以发现有趣的新物理现象，如灰锡，这种材料已经被人们认识和研究了几十年欧洲杯足球竞彩
“从这项研究中可以明显看出，应变工程可以开辟许多可能性，”蒋介石还在继续。“我的团队目前正在探索一种不同的施加应变的方法，通过机械拉伸样品。应变仅沿一个方向为单轴，并且可以调节，但受样品断裂的限制。”
从公元前3000年的青铜器时代起，人类就开始提炼和利用合金中的锡。在铝罐发明之前，锡罐是用来保存食物的。这些锡罐实际上是钢内衬锡的。这一发现可能有助于确定阿尔法锡在未来的技术中是一种极其有用的材料。
α-锡作为拓扑狄拉克半金属的潜在应用可能包括利用其高载流子迁移率来产生超快电子器件。此外，巨磁电阻还可用于开发超小型存储设备，如计算机硬盘。此外，该材料还可以作为进一步研究光学性质或传输性质（包括超导电性）的基础研究平台。甚至有可能将其用作实现马约拉纳费米子的平台。我相信我们的新发现会引起许多物理学家的兴趣。
蔡志旭，伊利诺伊大学
2017年4月4日发行的身体检查信件在“InSb上的元素拓扑Dirac半金属α-Sn”一文中发表了关于这些发现的报告，该文强调为PRL编辑器的建议。
美国能源部和国家科学基金会支持这项研究以及其他几个国际机构。这些样本是在美国能源部支持的劳伦斯伯欧洲杯线上买球克利国家实验室的高级光源下生长的。