一個穩(wěn)定的塊體材料發(fā)現(xiàn)了與石墨烯相同的物理現(xiàn)象——表明電子軌道運動與其內(nèi)在磁取向的相互作用。這種新材料將成為固體形貌中電子相互作用下特異電子行為如何進行的理論試驗場。
　　

    鈉-鉍（sodium bismuth）和鎘-砷（cadmium arsenic）固體電子行為關(guān)鍵特征的藝術(shù)表達。三維晶格中的相互作用導(dǎo)致電子以固定速率遷移，與電子能態(tài)無關(guān)。
　　圖片來源：SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）
　　電子以非同尋常的高速度在固體中遷移，與電子能量無關(guān)。這種類似于光的異常行為在特殊二維材料（如石墨烯）中被發(fā)現(xiàn)，但是現(xiàn)在三維塊體材料中也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。利用同步輻射X射線的高分辨率角分辨電子顯微鏡證實了理論預(yù)測的這種特異電子結(jié)構(gòu)。
　　在穩(wěn)定塊體材料中發(fā)現(xiàn)了與石墨烯中相同的物理現(xiàn)象，這種現(xiàn)象表明了電子軌道運動與其內(nèi)在磁取向的復(fù)雜相互作用。這種新材料將成為固體形貌中電子相互作用下特異電子行為如何進行的理論試驗場，包括塊體材料的最高電子遷移率。
　　對于電子特性的觀察已經(jīng)大大超出了金屬、絕緣體和半導(dǎo)體的熟悉系統(tǒng)，進入到強相互作用電子（電子運動速率與其能態(tài)之間具有特異關(guān)系）。這類新材料的一個重要特征是其電子運動速率與其能量毫無關(guān)系。這是光子（由具有能量的粒子組成的光束）的標志。在這類新材料中發(fā)現(xiàn)了該屬性，表明電子軌道和電子自旋取向（稱為“自旋軌道耦合”）之間存在強相互作用。最近已經(jīng)探討了二維尺度（例如石墨烯）上的這種系統(tǒng)，但由于薄膜極其薄，使得系統(tǒng)難以正常工作。
　　本研究在三維材料Na3Bi和Cd3As2中確定了類石墨烯電子特性，并解釋其超乎尋常的高電子遷移率。該研究需要先進的電子光譜技術(shù)，使用能量可調(diào)的強X-射線源和高分辨率光譜儀來觀察電子結(jié)構(gòu)。
　　該研究獲得美國能源部科學辦公室（DOE Office of Science）、基礎(chǔ)能源科學（Basic Energy Sciences）的資助，以及先進光源（Advanced Light Source）的支持。國外研究人員受到英國工程和物理科學研究理事會（Engineering and Physical Sciences Research Council (UK)）、中國國家自然科學基金（National Science Foundation of China）、中國國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（National Basic Research Program of China）、中國國際科學技術(shù)合作項目（International Science and Technology Cooperation Program of China）、中國國家留學基金管理委員會（China Scholarship Council）、以及美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency (USA)）的支持。