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（a） 串联加快器旨趣图。（b） Weyl半金属TaP的晶体结构。（c） TaP纵向磁阻的快速傅里叶变换。（d） 辐照效大意TaP能带结构的影响图示。图片开首：Applied Physics Reviews （2024）。DOI： 10.1063/5.0181361

量子材料——那些具有受量子力学旨趣（如干系性和纠缠）驾驭的电子特色的材料——在某些条目下不错进展颠倒特的行径，举例无电阻传输电力的才略，称为超导性。然而，为了从这些材料中得到最好性能，它们需要进行相宜的治愈，就像赛车也需要治愈一样。

由麻省理工学院核科学与工程系（NSE）副西宾李明达（Mingda Li）引导的一个团队展示了一种新的、超精准的步伐来治愈量子材料的特色，以这些材料中的一类特殊类别，即外尔半金属为例。

新时刻不仅限于外尔半金属。“咱们不错将这种步伐用于任何无机散装材料，也不错用于薄膜，”NSE博士后Manasi Mandal坚抓以为，他是最近发表在《应用物理指摘》上的一篇通达获取论文的两位主要作家之一，该论文报说念了该小组的发现。

论文中刻画的施行合并在一种特定类型的Weyl半金属上，即磷化钽（TaP）晶体。材料不错把柄其电气特色进行分类：金属很容易导电，而绝缘体则隐匿电子的摆脱流动。半金属介于两者之间。它不错导电，但只可在较窄的频段或信说念中导电。

外尔半金属是更等闲的所谓拓扑材料的一部分，具有某些特有的特征。举例，它们领有奇特的电子结构——扭结或称为外尔节点的“奇点”，它们是围绕单个点（按顺时针或逆时针所在树立）的旋涡图案，访佛于头发螺旋或更一般的旋涡。

外尔节点的存在赋予了不寻常且有用的电气特色。拓扑材料的一个症结上风是，即使材料受到骚扰，它们备受追捧的品性也不错得到保留，大要说是“拓扑保护”。

“这是一个很好的功能，”麻省理工学院电气工程和计较机科学系的博士生、该论文的另一位主要作家Abhijatmedhi Chotrattanapituk评释说。“当你试图制造这种材料时，你无须准确无误。你不错容忍一些不完竣，一定进度的不确信性，材料仍然会按预期开动。

就像大坝里的水

需要发生的“调谐”主要与费米能级干系，费米能级是电子在给定物理系统或材料中占据的最高能级。Mandal 和 Chotrattanapituk 提倡了以下类比：议论一个不错充满不同水位的水坝。不错通过加水来进步该水平，也不错通过撤退水来裁减该水平。一样，东说念主们不错通过纯粹地添加或减去电子来治愈给定材料的费米能级。

为了微调Weyl半金属的费米能级，Li的团队作念了访佛的事情，但他们莫得添加本色的电子，而是向样品中添加了负氢离子（每个由一个质子和两个电子构成）。将外来粒子或过失引入TaP晶体的经过（在本例中是通过用氢离子代替钽原子）称为掺杂。当达到最优掺杂时，费米能级将与外尔节点的能级重合。这时，材料所需的量子特色将得到最充分的扫尾。

关于Weyl半金属，费米能级对掺杂终点敏锐。除非将该水平建立在接近外尔节点的位置，不然材料的属性可能会与理念念现象大相径庭。这种顶点敏锐性的原因归因于Weyl节点的特殊几何形态。

淌若将费米能级视为水库中的水位，那么外尔半金属中的水库的形态不像圆柱体;它的形态像沙漏，外尔节点位于该沙漏的最窄点或颈部。添加过多或过少的水会扫数错过颈部，就像向半金属添加太多或太少的电子会扫数错过节点一样。

燃烧氢气

为了达到必要的精度，谈论东说念主员诈骗了麻省理工学院的两级“串联”离子加快器——位于加快器和放射科学时刻中心（CSTAR）——并用来自纷乱（170万伏）加快器束的高能离子冲击TaP样品。为此指标选拔氢离子是因为它们是可用的最小负离子，因此比更大的掺杂剂对材料的蜕变要小。

“使用先进的加快器时刻不错扫尾比以往任何时候皆更高的精度，第4色 官网将费米能级建立为毫电子伏特（电子伏特的千分之一）精度，”引导CSTAR施行室的首席谈论科学家Kevin Woller说。“此外，高能束允许掺杂块状晶体，超出了惟有几十纳米厚的薄膜的规则。

换句话说，该经过波及用氢离子轰击样品，直到给与有尾数目的电子以使费米能级恰到平允。问题是：你开动加快器多永劫候，你如何知说念什么时候有余了？症结是你要治愈材料，直到费米能级既不太低也不太高。

“你开动机器的时候越长，费米能级就越高，”Chotrattanapituk说。“逶迤在于，当样品在加快器室中时，咱们无法测量费米能级。

处分这个问题的曩昔步伐是将样品映照一定时候，将其取出，测量，然后在费米能级不够高时将其放回原处。“这本色上是不成能的，”曼达尔补充说念。

为了简化契约，该团队策动了一个表面模子，该模子当先料想需要几许电子身手将费米能级进步到首选水平，并将其调度为必须添加到样品中的负氢离子数目。然后，模子不错告诉他们样品应该在加快器室中保留多永劫候。

Chotrattanapituk说，好音讯是，他们的纯粹模子与受信任的传统模子相吻合，这些模子的计较量要大得多，可能需要造访超等计较机。

他指出，该小组的主要孝敬是双重的：提供一种新的、基于加快器的精准掺杂时刻，并提供一个不错请示施行的表面模子，告诉谈论东说念主员应该把柄离子束的能量、曝光时候以及样品的大小和厚度向样品中添加几许氢。

微调带来的好意思功德物

Mandal指出，这可能为紧要的本色进展铺平说念路，因为他们的步伐有可能在几分钟内使样本的费米能级达到所需的值——通过传统步伐，这项任务偶然需要数周时候身手达到所需的毫伏精度。

Li以为，一种准确、便捷的微调费米能级的步伐可能具有等闲的适用性。“当谈到量子材料时，费米能级委果是一切，”他说。“咱们寻求的很多效应和行径惟有在费米能级处于正确的位置时才会泄流露来。

举例，通过治愈精采的费米能级，不错进步材料变得超导的临界温度。当费米能级建立得恰到平允时，将温差调度为电压的热电材料一样会变得更有用。精准调优也可能在量子计较中阐发有利的作用。

橡树岭国度施行室（Oak Ridge National Laboratory）的高等科学家托马斯·扎克·沃德（Thomas Zac Ward）给出了乐不雅的评价：“这项责任为施行探索新兴材料的症结行径提供了一条新阶梯，但东说念主们仍然知之甚少。精准禁止拓扑材料的费米能级的才略是一个垂危的里程碑，不错匡助扫尾新的量子信息和微电子器件架构。

更多信息：Manasi Mandal 等东说念主，通过快速离子注入在拓扑外尔半金属中精准费米能级工程，《应用物理指摘》（2024 年）。DOI： 10.1063/5.0181361

期刊信息： Applied Physics Reviews【EXTA-030】年の差レズビアン！年頃の娘たちとお母さんくらいの熟した女たちがねっとりベロをからませマン汁をジュルジュル舐め合った後にペニバンを膣の奥にぶち込むスペシャル22組45名4時間