原理簡介
電子能像光一樣旅行
在物理學中,“狄拉克錐”指的是電子能在二維平面內像光一樣傳播的體系,對基礎科學和產業技術的意義非常重大。2010年，石墨烯被發現有“狄拉克錐”,其發明者獲得了諾貝爾物理獎。而唐爽此次找到了另外一種合金材料，不僅具有多數石墨烯的特殊性質，還有一些更為複雜和有趣的特殊功能和性質。
這種材料就是鉍銻合金薄膜。在不同的溫度、壓強、膜厚、生長取向等條件下，這種材料可以提供很多種可控的特殊性質。唐爽和崔瑟豪斯在鉍銻合金薄膜找到了建立不同類型“狄拉克錐”（Diraccone）的方法。
像石墨烯一樣，這種新材料具有“狄拉克錐”的奇特電子結構。這種不同尋常的電子結構使得電子可以在材料中以不同於其他一般材料的方式運動，唐爽說：“在這種材料中，電子能像光一樣旅行。”而且無論有什麼樣的“牆壁”，電子都能夠快速地100%地通過。
唐爽是復旦大學物理系的理學士，他說：“這些套用還呼喚著我們的進一步開發，有很多實驗和測試需要做！”據崔瑟豪斯教授介紹，在他們做出這個結果以前，從來沒有人想過鉍類材料可以產生“狄拉克錐”的電子結構。最初，他們是從研究鉍銻合金的理論性質開始的，但是得到了大家意想不到的結果。這種新材料不僅擁有石墨烯的各種性質，改變生長條件，還可以讓這種新材料產生其他更新奇的性質。這就開闢了電子器件產業的新方向：在同一種材料體系上製造各種各樣的電子器件，大大節省了工業成本。烏克蘭的合作者已經開始合成這種材料 。
助力“量子計算機”研發
這種鉍銻合金薄膜材料極為可能成為下一代計算機晶片和熱電發電機的革命性材料。因為，一旦這種材料製成電腦晶片，其速度將會比現有矽材料的晶片快很多倍。電子在這種新材料中的傳播速度將比在矽中快幾百倍！而且，由於狄拉克電子比矽中的經典電子有大百倍的遷移率。同時，不同各向異性程度的狄拉克錐預示著我們可以在同一種材料體系中製造出各種不同的電子器件，從而避免了矽電子產業中昂貴的切割工序。這可能為電子製造業節約相當可觀的成本，不得不令人興奮。這樣一來，“量子計算機”的實現也有了新的可能。一旦量子計算機發明，將成千上萬倍地提高計算機運算速度，從而淘汰現有的二進制計算機。
如果將這一材料用於發熱發電，則可以利用器件兩端的溫差來產生電流，因為唐爽和崔瑟豪斯教授提供的這種材料，具有極快的電子傳播速度、極小的熱導率，所以能產生極大的發電效率，從而製造出高效的熱電材料。該體系尤其適合於超低溫體系，如在太空空間站、衛星等體系中，將向陽面和背陽面的溫度差轉化為電能從而為空間站、衛星等提供動力。反過來，這種材料還能製成“高效的低溫制冷機”，效率高、價格低廉且不產生噪音和廢料污染。
唐氏理論提出的體系對於基礎科學研究的意義在於，可以提供在低速下研究新的相對論現象的平台。特別是唐氏理論指出的各種各向異性的狄拉克錐讓狄拉克電子在不同方向上具有不同的相對論色散的群速度。用通俗的話講就是“讓愛因斯坦向左走路的速度比向前快很多”。
唐爽
成都七中育才學校、成都七中畢業生
麻省理工大學學生、崔瑟豪斯的學生。
