复旦大学课题组为电子传导辟“绿色通道”

在纳米尺寸的导体中运动着的电子，若找不到“宽敞”的通路，可能相互撞击，四处“碰壁”，进而使导体发热，产生能量损耗。寻找超高导电材料是解决此类问题的一把钥匙。近日，复旦大学课题组在砷化铌纳米带中观测到其表面态具有超高电导率，这也是目前二维体系中的最高电导率。“电子在纳米结构中的传输是一个‘千军万马过独木桥’的过程，而我们找出了一条绿色通道。”课题组负责人、物理学系教授修发贤介绍。

一个简单的生活常识是：实心的管子不能通水，空心的管子允许水流过。如果材料中有大量可以参与导电的自由电子，则称为导体。单位时间内通过单位面积的电子数量，决定了材料导电性的好坏。铜、金和银是现行应用最广泛的优良导体。其中，铜已经大规模用于晶体管的互连导线。然而令人遗憾的是，当这些材料变得很薄，进入二维尺度时，电子的散射明显增多，其运动方向容易发生大角度偏折，导电性将迅速变差。

信息时代，计算机和智能设备体积越来越小，同时信号传输量呈爆炸式增长，芯片中上千万细如发丝的晶体管互连导线“运送压力”随之加大，这在一定程度上制约着信息领域的进一步发展。有没有一种办法让大量电子在这些纳米级互连导线中顺畅高速通行？科学家们开始了探索。

一般来说，增加导电性有两种办法，一是把电子变多，二是让电子跑得快些。然而，这两者很难同时实现。但在外尔半金属砷化铌纳米带的表面，不可思议的事情发生了，修发贤课题组基于拓扑表面态（费米弧）的低散射率机制，实现了百倍于金属铜薄膜和千倍于石墨烯的导电性，这是目前二维体系中最好的。

值得关注的是，这一发现也为材料科学寻找高性能导体提供了一个可行思路。利用这种特殊的电子结构，可以在提高电子数量的同时，降低电子散射，从而实现优异的导电特性，这在降低电子器件能耗等方面有潜在应用。