一个稳定的块体材料发现了与石墨烯相同的物理现象——表明电子轨道运动与其内在磁取向的相互作用。这种新材料将成为固体形貌中电子相互作用下特异电子行为如何进行的理论试验场。

 

钠-铋（sodium bismuth）和镉-砷（cadmium arsenic）固体电子行为关键特征的艺术表达。三维晶格中的相互作用导致电子以固定速率迁移，与电子能态无关。

图片来源：SLAC国家加速器实验室（SLAC National Accelerator Laboratory）

电子以非同寻常的高速度在固体中迁移，与电子能量无关。这种类似于光的异常行为在特殊二维材料（如石墨烯）中被发现，但是现在三维块体材料中也发现了这种现象。利用同步辐射X射线的高分辨率角分辨电子显微镜证实了理论预测的这种特异电子结构。

在稳定块体材料中发现了与石墨烯中相同的物理现象，这种现象表明了电子轨道运动与其内在磁取向的复杂相互作用。这种新材料将成为固体形貌中电子相互作用下特异电子行为如何进行的理论试验场，包括块体材料的最高电子迁移率。

对于电子特性的观察已经大大超出了金属、绝缘体和半导体的熟悉系统，进入到强相互作用电子（电子运动速率与其能态之间具有特异关系）。这类新材料的一个重要特征是其电子运动速率与其能量毫无关系。这是光子（由具有能量的粒子组成的光束）的标志。在这类新材料中发现了该属性，表明电子轨道和电子自旋取向（称为“自旋轨道耦合”）之间存在强相互作用。最近已经探讨了二维尺度（例如石墨烯）上的这种系统，但由于薄膜极其薄，使得系统难以正常工作。

本研究在三维材料Na3Bi和Cd3As2中确定了类石墨烯电子特性，并解释其超乎寻常的高电子迁移率。该研究需要先进的电子光谱技术，使用能量可调的强X-射线源和高分辨率光谱仪来观察电子结构。

该研究获得美国能源部科学办公室（DOE Office of Science）、基础能源科学（Basic Energy Sciences）的资助，以及先进光源（Advanced Light Source）的支持。国外研究人员受到英国工程和物理科学研究理事会（Engineering and Physical Sciences Research Council (UK)）、中国国家自然科学基金（National Science Foundation of China）、中国国家重点基础研究发展计划（National Basic Research Program of China）、中国国际科学技术合作项目（International Science and Technology Cooperation Program of China）、中国国家留学基金管理委员会（China Scholarship Council）、以及美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency (USA)）的支持。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮