CeSiI除了是一种重费米子之外，还是一种范德华晶体，可以剥离成原子薄层。图片来源：哥伦比亚大学
科技日报记者 张佳欣
美国哥伦比亚大学研究人员合成出第一个二维重费米子材料。这种新材料是由铈、硅和碘组成的层状金属间化合物晶体（CeSiI）。它具有比普通电子重的电子，是探索量子现象的新平台。研究成果17日发表在《自然》杂志上。
在重费米子化合物中，电子比平常重1000倍。在这类材料中，电子与磁自旋缠绕在一起，从而减缓了电子的速度，增加了电子的有效质量。这种相互作用在包括超导在内的许多神秘量子现象中发挥了重要作用。
几十年来，研究人员一直在探索重费米子材料，但其形状都是大块的三维晶体。哥伦比亚大学研究人员此次合成的新材料是二维的，这为探索基础物理和独特的量子相奠定了新的基础。
CeSiI是一种范德华晶体，可剥离成只有几个原子厚的层。这使得它比块状晶体更容易操纵，也更容易与其他材料结合。此外，它还具有二维材料中存在的潜在量子性质。1998年的一篇论文首次描述了CeSiI，其中间的硅片夹在磁性的铈原子之间。研究人员猜测，CeSiI可能具有一些有趣的电子性质。
此次研究中，研究人员利用扫描隧道显微镜观察到一种特殊的重费米子光谱形状特征。随后，他们合成了一种与CeSiI相当的非磁性材料，并对两种材料的电子进行了称重。结果，CeSiI更重。研究人员表示，在二维极限下操纵CeSiI，将能找到实现量子临界性的新途径，并可以设计出新材料。
在完善无空气合成技术后，研究人员正在系统地替换晶体中的原子。例如，将硅替换为铝或镓等其他金属，以创造可供研究的、具有独特性质的重费米子材料。