一個(gè)穩(wěn)定的塊體材料發(fā)現(xiàn)了與石墨烯相同的物理現(xiàn)象——表明電子軌道運(yùn)動(dòng)與其內(nèi)在磁取向的相互作用。這種新材料將成為固體形貌中電子相互作用下特異電子行為如何進(jìn)行的理論試驗(yàn)場(chǎng)。
　　

    鈉-鉍（sodium bismuth）和鎘-砷（cadmium arsenic）固體電子行為關(guān)鍵特征的藝術(shù)表達(dá)。三維晶格中的相互作用導(dǎo)致電子以固定速率遷移，與電子能態(tài)無(wú)關(guān)。
　　圖片來(lái)源：SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC National Accelerator Laboratory）
　　電子以非同尋常的高速度在固體中遷移，與電子能量無(wú)關(guān)。這種類(lèi)似于光的異常行為在特殊二維材料（如石墨烯）中被發(fā)現(xiàn)，但是現(xiàn)在三維塊體材料中也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。利用同步輻射X射線的高分辨率角分辨電子顯微鏡證實(shí)了理論預(yù)測(cè)的這種特異電子結(jié)構(gòu)。
　　在穩(wěn)定塊體材料中發(fā)現(xiàn)了與石墨烯中相同的物理現(xiàn)象，這種現(xiàn)象表明了電子軌道運(yùn)動(dòng)與其內(nèi)在磁取向的復(fù)雜相互作用。這種新材料將成為固體形貌中電子相互作用下特異電子行為如何進(jìn)行的理論試驗(yàn)場(chǎng)，包括塊體材料的最高電子遷移率。
　　對(duì)于電子特性的觀察已經(jīng)大大超出了金屬、絕緣體和半導(dǎo)體的熟悉系統(tǒng)，進(jìn)入到強(qiáng)相互作用電子（電子運(yùn)動(dòng)速率與其能態(tài)之間具有特異關(guān)系）。這類(lèi)新材料的一個(gè)重要特征是其電子運(yùn)動(dòng)速率與其能量毫無(wú)關(guān)系。這是光子（由具有能量的粒子組成的光束）的標(biāo)志。在這類(lèi)新材料中發(fā)現(xiàn)了該屬性，表明電子軌道和電子自旋取向（稱(chēng)為“自旋軌道耦合”）之間存在強(qiáng)相互作用。最近已經(jīng)探討了二維尺度（例如石墨烯）上的這種系統(tǒng)，但由于薄膜極其薄，使得系統(tǒng)難以正常工作。
　　本研究在三維材料Na3Bi和Cd3As2中確定了類(lèi)石墨烯電子特性，并解釋其超乎尋常的高電子遷移率。該研究需要先進(jìn)的電子光譜技術(shù)，使用能量可調(diào)的強(qiáng)X-射線源和高分辨率光譜儀來(lái)觀察電子結(jié)構(gòu)。
　　該研究獲得美國(guó)能源部科學(xué)辦公室（DOE Office of Science）、基礎(chǔ)能源科學(xué)（Basic Energy Sciences）的資助，以及先進(jìn)光源（Advanced Light Source）的支持。國(guó)外研究人員受到英國(guó)工程和物理科學(xué)研究理事會(huì)（Engineering and Physical Sciences Research Council (UK)）、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（National Science Foundation of China）、中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（National Basic Research Program of China）、中國(guó)國(guó)際科學(xué)技術(shù)合作項(xiàng)目（International Science and Technology Cooperation Program of China）、中國(guó)國(guó)家留學(xué)基金管理委員會(huì)（China Scholarship Council）、以及美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency (USA)）的支持。