3月19日，材料领域国际顶级期刊《自然·材料》，发表复旦大学修发贤团队最新研究论文——《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》。目前最主要的导电材料是铜，随着计算设备体积越来越小，当铜变得很薄，进入二维尺度时，电阻变大，导电性迅速变差，功耗大幅度增加，这也是制约芯片等集成电路技术进一步发展的重要瓶颈。

修发贤团队新研制的砷化铌纳米带材料，电导率是铜薄膜的一百倍，石墨烯的一千倍，制备出了二维体系中具有目前已知最高导电率的外尔半金属材料——砷化铌纳米带。

导电材料是电子工业的基础，现在最主要的材料是铜，而当铜变得很薄，进入二维尺度时，电阻变大，导电性迅速变差，功耗大幅度增加，这成为制约芯片等集成电路技术进一步发展的重要瓶颈。

据复旦大学物理学系教授修发贤介绍，他们利用氯化铌、砷、氢气三种元素制备了砷化铌纳米带，这种材料它表面有一个表面态，这个表面态就允许电子在上面快速地通行，等于创造了一个绿色的通道，这样的话，在低维尺度下，就可以让电子快速通过而降低能耗。

据介绍，这种砷化铌纳米带材料的电导率是铜薄膜的一百倍，石墨烯的一千倍。更让人期待的是，区别于超导材料只能在零下几十度超低温下应用，新材料砷化铌的高电导机制即使在室温下仍然有效。

复旦大学物理学系教授修发贤团队利用了氯化铌、砷、氢气三种元素来制备这种砷化铌纳米带，这种材料有一个表面态，允许电子在上面快速地通行，可以让电子快速通过而降低能耗。

修发贤还称该技术有望解决手机电脑发热问题，他表示，我们的手机发热、电脑发热是有两个原因，晶体管本身的发热和电流流经这些（互连）导线所产生的导线发热，那我们现在要解决的问题就是导线的发热，我们的这个材料就可以在这一方面有所用途。

这款材料最大的特点，就在于其超高的导电率。众所周知，石墨烯已经是导电率碾压银薄膜的二维材料，而这款砷化铌纳米带的导电率，比石墨烯高出1000多倍！

至于为何砷化铌纳米带具有超强导电率，则得上溯到1929年。在1929年，德国科学家赫尔曼·外尔预言了一种满足三维狄拉克方程的相对论性费米子，称为“外尔费米子”，外尔费米子具备特定手性，而且质量为零。

而在包括砷化铌纳米带在内的“外尔半金属”这种拓扑绝缘体材料中，它们的低能准粒子激发可以用二分量狄拉克方程——也就是“外尔方程”所描述，换言之，在“外尔半金属”中出现的作为准粒子的电子，具有与无质量外尔费米子相同的运动特性。

简单来说，在“外尔半金属”里，电子的有效质量为零，在材料中运动时基本不受影响，和石墨烯超高导电率的来源如出一辙。

不过“外尔半金属”相比石墨烯，具备一个优势，那就是“外尔半金属”为三维材料，无论是制备还是应用，都比石墨烯要更为简单。而且砷化铌纳米带表面的电子结构不同，其表面态受到拓扑保护，简单来说，这就像镀上金箔以后可以导电的陶瓷碗，但对砷化铌纳米带而言，把金箔磨掉以后，又会“自动”生成一层导电的金箔。

砷化铌纳米带这种“外尔半金属”，在未来的半导体工业领域，将会大有作为。在现有的电子器件中，电子在不同成分的材料界面上会因为散射而导致很大的损耗，而具备低散射率和高导电率的外尔半金属材料，可以极大程度的提升各类半导体元件的效率，降低热损耗等其他损耗。

值得一提的是，我国在类似材料上的研究起步较早，甚至可以说处于“世界第一”的梯队里。2015年7月16日，美国普林斯顿大学研究团队与中国科学院物理研究所分别在钽砷晶体（TaAs）结构中观察到了外尔费米子半金属及费米弧，确认了其拓扑特征，这是人类第一次检测到外尔费米子半金属的存在。