作者:Iolanda Di Bernardo，FLEET 左图:显示Na3Bi样品形貌的扫描隧道显微镜图像
右图:在狄拉克点处显示最小值的态密度
信用:FLEET 澳大利亚领导的一项研究使用扫描隧道显微镜“技巧”来绘制Na3Bi的电子结构，寻求该材料极高电子迁移率的答案
在研究拓扑狄拉克半金属时，研究小组发现，交换和关联效应对电子速度至关重要，因此对迁移率也至关重要，从而对这类令人兴奋的材料在未来超低能量电子学中的应用也至关重要
迄今为止，人们对Na3Bi在导带(费米能级以上)中的能带色散知之甚少，尽管有诱人的迹象表明电子的实际速度比理论预测要大得多
“我们生长了Na3Bi薄膜，并通过准粒子干涉研究了它们的能带结构，”第一作者Dr
Iolanda di Bernardo
“我们的计算表明，要理解电荷载流子极高的实验速度，特别是在导带中，交换和关联效应至关重要
" 巧妙的技巧和惊喜 拓扑狄拉克半金属可以被认为是石墨烯的三维对应物:在费米能级(传导电子“通常”在这里)附近，它们表现出与石墨烯相同的线性带色散，这意味着它们的电子实际上是无质量的
这自然转化为极高的电导率，在这种情况下，在空间的所有三个方向上都有
Na3Bi的线性带色散已被预测，但这种材料的导带仍缺少适当的映射
事实上，测量费米能级以上材料的能带结构不是一件小事——主要是因为电子通常不占据这些状态
实现这一点的少数方法之一是使用基于扫描隧道光谱的技巧: 等能量轮廓的圆形(映射在互易空间中)对应于狄拉克锥的圆锥截面
信用:FLEET “我们在不同的偏压下获得了针尖和样品之间的量子隧穿电流的‘映射’。”伊奥兰达解释道
这些映射的导数显示了非常典型的模式，起源于样品中无序电子的散射
这种散射过程混合了在互易空间中处于相同恒定能量轮廓上的电子，通过对映射进行傅立叶变换，这是可见的
“在我们的例子中，这产生了对应于沿着类似狄拉克锥的色散切割的圆
”(见图)
这种分析技术使研究小组能够重建材料中的(线性)带色散，并提取电荷载流子在价带和导带中的速度
但是，当这些测得的能带色散与理论预测相比较时，存在一个问题:最低导带和价带的测得速度明显高于理论预测
然而，研究小组发现了一种显著提高测量和理论一致性的方法: “我们使用越来越复杂的模型来描述我们的系统，并发现随着我们在模型中改进对交换和关联潜力的处理(从PBE到GW方法)，我们可以更接近实验值——尽管我们仍然观察到一些差异，”伊奥兰达解释道
虽然这些意想不到的强相互作用的起源仍然不清楚，但新的研究表明交换相关效应可能是Na3Bi中电子高速的基础
了解拓扑狄拉克半金属中载流子的超高迁移率是这些材料在低能电子器件中成功应用的一步
这项名为“相互作用对拓扑狄拉克半金属Na3Bi能带结构的重要性”的研究发表在2020年7月的《物理评论》上
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