量子材料一大步   史無前例的3D燒綠石結構晶體

編譯／高晟鈞

萊斯大學的科學家發現了一種史無前例的3D晶體金屬，由於其量子特性與晶體結構間的特殊相互作用，可以將電子鎖定在適當的位置。這項發現確定了平坦能帶（Flatband, 簡稱平帶）在材料中的作用，並為進一步探索具有特殊晶格結構的量子材料奠定了基礎。

3D平帶材料

電子平帶材料（Flat electronic bands）具有獨特的量子態，通常有助於增強電子關聯效應，並使物質更容易表現出量子態。經過理論模型中的長期研究後，這些系統在范德華異質結構和準二維晶體材料中得到了實驗驗證。現在備受關注的議題是能否在三維材料中實現這種平帶，以開發出更多的量子材料。

萊斯大學的研究團隊近日使用銅、釩和硫合成了一種具有共享角四面體的3D燒綠石（Pyrochlore）晶格材料，發現其具有一個平坦的能帶，並享有許多獨特的性質。

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電子靜止

釩銅合金與燒綠石晶體結構賦予這種3D晶體材料特殊的性質，其中一種便是幾何不確定性（Geometric Frustation）所造成的平帶。

在固態物質中，電子會佔據量子態並以能帶表現之。這些電子態如同梯子上的橫擋，而靜電力限制了允許佔據每個橫擋上的電子數量。費米能帶（Fermi Level）則用來表達決定能帶結構的關鍵性質，指得是階梯上最高佔據位置的能階。平帶則可以簡單理解為電子空間的局域化。

而在凝聚領域中，如果能實現費米能階附近的平帶是相當重要的。因為平帶會帶來局域化的電子，提高費米能階的態密度，可能有助於在某些條件實現超導。這項研究最大的價值也在此，他展示了透過特殊的燒綠石晶格結構，電子如何能處於能量階梯同一空間，並為未來其他平帶材料研究奠定了基礎。

資料來源:ScitechDaily

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