Ricercatori in Cina e alla UC Davis hanno misurato un'elevata conduttività in strati molto sottili di arseniuro di niobio, un tipo di materiale chiamato semimetallo Weyl. Il materiale ha circa tre volte la conduttività del rame a temperatura ambiente, disse Sergej Savrasov, professore di fisica alla UC Davis. Savrasov è coautore del documento pubblicato il 18 marzo in Materiali della natura .

Nuovi materiali che conducono elettricità sono di grande interesse per i fisici e gli scienziati dei materiali, sia per la ricerca di base sia perché potrebbero portare a nuovi tipi di dispositivi elettronici.

Savrasov lavora sulla fisica teorica della materia condensata. Con altri, ha proposto l'esistenza dei semimetalli Weyl nel 2011. Il team cinese è stato in grado di fabbricare e testare piccoli pezzi, chiamate nanocinture, di arseniuro di niobio, confermando le previsioni della teoria. Le nanocinture sono così sottili che sono essenzialmente bidimensionali.

"Un semimetallo Weyl non è un conduttore o un isolante, ma qualcosa in mezzo, " disse Savrasov. Arsenio di niobio, Per esempio, è un cattivo conduttore alla rinfusa ma ha una superficie metallica che conduce elettricità. La superficie è topologicamente protetta, il che significa che non può essere modificato senza distruggere il materiale sfuso.

Con la maggior parte dei materiali, le superfici possono essere chimicamente alterate in quanto assorbono le impurità dall'ambiente. Queste impurità possono interferire con la conduttività. Ma le superfici topologicamente protette respingono queste impurità.

"In teoria ci aspettiamo che le superfici Weyl siano buoni conduttori in quanto non tollerano le impurità, ", ha detto Savrasov.

Se pensi agli elettroni che scorrono attraverso il materiale, immaginateli rimbalzare o disperdersi dalle impurità. A livello quantistico, un materiale conduttivo ha una superficie di Fermi che descrive tutti gli stati energetici quantistici che gli elettroni possono occupare. Questa superficie di Fermi influisce sulla conduttività del materiale.

Le nanocinture testate in questi esperimenti avevano una superficie di Fermi o arco di Fermi limitato, il che significa che gli elettroni potrebbero essere dispersi solo in una gamma limitata di stati quantistici.

"L'arco di Fermi limita gli stati a cui gli elettroni possono rimbalzare, perciò non sono dispersi, ", ha detto Savrasov.

I materiali che sono altamente conduttivi su scale molto piccole potrebbero essere utili mentre gli ingegneri si sforzano di costruire circuiti sempre più piccoli. Meno resistenza elettrica significa che viene generato meno calore al passaggio della corrente.