金属链

量子力学所允许的电子能量状态决定了固体是否是绝缘体，或者是否将电流作为金属。研究人员在ETH现在理论上预测的一种新型材料，其能量状态表现出了前所未有的特点。

晶体结构（左）和能带结构的一部分（右）四氟化铱。晶格中的特定的对称性导致的带结构中的节点链（蓝色）。（从bzdusek等人。自然，2016）

如果一个人深深地看着三个不同的固体用超显微镜，可以，在原则上，总是看到同样的事情：在一个晶格排列的原子核和电子，其中一些轨道的原子核和其他纵横交错的整个晶格。然而，这三种材料可能表现非常不同，当一个电压被施加到他们。

第一个固体的可能，例如，传导电流，另一个可能是绝缘体，和第三个可–，半导体，材料的电导率随温度的升高而增加（而不是减少，这是金属的情况下），晶体管计算机芯片的基础上。

一组物理学家Manfred Sigrist的率领下，Alexey Soluyanov和安德烈亚斯ü蛋在苏黎世理论物理研究所的ETH已经预言了一种新的固体被称为“结链金属”，预计将有一种前所未有的性能。此外，他们已经确定了现有的材料之间的潜在候选人。

能带结构和费米能级

两个量的确定，由和大，如果和如何一个固体进行电流：其能带结构和它的费米能级。能带结构是指可能的能量状态，它里面的电子可以占据。而一个自由电子积累的动能，因为它移动得越来越快，在晶格中嵌入的电子只能承担一定的时间间隔内或“带”的能量值，在一定的时间内。

这是从量子力学波的性质，同时也负责的事实，一些运动能量值被限制为电子；这些也被称为带隙。费米能级，另一方面，来自于电子的费米的性质，这意味着他们两个不能占据同一能量状态。如果一个人要在一个时间建立一个固体的一个粒子，每一个新加入的电子将试图占据更高和更高的能量水平，从零能量开始。最后一个电子的能量将是费米能级。

材料是否是一个金属或绝缘体现在可以很容易地预测，如果它的能量带和它的费米能级是已知的。如果费米能级位于一个带内，最有活力的电子可以很容易地移动，因此电流。如果，另一方面，费米能级重合与一个带隙，一个有一个绝缘体。由相同的标记，其他材料可能是金属的定义，但在费米能级很少有可能的能量状态。“我们预测的材料，如果你愿意，所谓“半金属”一个表妹，汤姆àš解释bzdušEK，与Sigrist和Rü蛋博士生。

在半金属结

一个半金属，成了头条新闻是石墨烯。特别是在石墨烯的电子能带的方法彼此在所谓的狄拉克点是负责这种特殊材料的电导率和热导率，其发现者是2010个获得诺贝尔物理学奖。由于带隙实际上消失在狄拉克点，他们也被称为节点（在比喻与驻波的节点）。

在其他的半金属能带触摸不在孤立点，但在明确的线或面。“我们的新材料的特点是其能带触摸随着互联节点和节点的循环回路，形成一个链条”，Soluyanov说。“这听起来有点奇怪，但理论上，但我们实际上发现了一个真正的材料，有可能有这些属性。这种节点链应该出现不是偶然的，而是由材料的晶格的对称性决定的。”

顺便说一句，物理学家们能够在固态和高能粒子物理学之间进行一个有趣的类比。在高能量的理论节点链将是不可能的，由于高水平的真空度的对称性。在晶体中，通过对比，有少得多的对称性，创造一种新的真空。

为了找到节点的链材料，研究人员采取了一个漫长而曲折的道路。假设这将是容易的，他们首先出发寻找材料与一个单一的节点循环，并确定什么样的对称性，这样的材料的晶格应该有。所有的，230种不同类型的晶体对称性是已知的，它是这些对称性，在很大程度上是负责材料的能带结构的属性。

Soluyanov和他的同事然后冲刷大量的在线数据库（ICSD–无机晶体结构数据库），数以千计的已知固体上市和晶体结构。最终，他们偶然发现了一个不只有一个节点的环，但更复杂的节点链：氟化铱。“这是一个意外的惊喜”，全胜武承认，在ETH的团队中的一员。

一个可能的原型

这鲜为人知的，到目前为止，没有特别有用的固体可能是一个新的材料具有潜在的技术有趣的属性的原型。例如，苏黎世的物理学家预测这种固体的导电性应该受到磁场的影响，以一种独特的方式。这种现象也被称为磁电阻，在现代数据存储技术中起着重要的作用。

此外，铱四氟带结构具有一定的特殊性，一直与高温超导电性。“都是一个长镜头，当然，西格里斯特承认。新的节点链金属的实验测试仍然是要做的，和惊喜是很可能的。