泽维尔·罗伊（Xavier Roy）合成了新材料，并与其他科学家合作探索它们

泽维尔·罗伊（Xavier Roy）是一名合成化学家，在蒙特利尔长大，曾在该市的法语工程学院蒙特利尔理工学院学习，然后转向化学并用英语攻读博士学位，并在不列颠哥伦比亚大学完成。他于2011年作为博士后研究员来到哥伦比亚大学，并于2013年加入化学系。罗伊在他的实验室里合成了新材料，然后与哥伦比亚大学来自多个学科的科学家合作，研究这些材料的特性。他的实验室创造了一种磁性半导体，研究人员可以在其中看到自旋波、世界上最快的半导体和一种新形式的超薄碳。

在本周发表在 《自然》杂志 上的一篇论文中，罗伊和他的同事们详细介绍了他们在实验室中创造的最新材料碘化硅铈（CeSiI）的特性和行为。 《哥伦比亚新闻 》采访了罗伊，讨论了这一发现，以及二维材料研究领域。

您能描述一下您的实验室合成的这种新材料吗？

这种材料称为碘化硅铈，CeSiI。这是第一种二维重费米子材料。重费米子材料需要两种主要成分：磁性原子（在我们的例子中是铈）和可以在材料中自由移动的电子。以正确的方式将这两种成分组合在一起可以导致许多不同的量子现象，包括磁性、超导性和两者的复杂组合。重费米子材料通常是笨重的三维结构，但这是我们第一次能够在二维空间中制造出这种材料，只有几个原子厚。

我们在 《自然》杂志 上发表的新论文着眼于我们如何合成CeSiI，并证明其重费米子性质实际上仅限于二维。这意味着材料本质上是二维的，即使在散装规模下也是如此。它的重电子总是在二维中传播。不仅如此，我们可以取出这种化合物的晶体并剥离角质，以产生只有几个原子厚的薄片。

另一篇仍在同行评审中的论文将研究CeSiI由于这种低维性而表现出的一些有趣的行为。举个例子，它显示了这种奇怪的行为，如果你向某些方向发射电子，电子将非常非常重。但是，如果你把角度改变几度，电子就会突然变得非常轻。这只取决于电子行进的方向。

电子不是总是具有相同的质量吗？

静止电子的质量总是一样的，但我们在这里测量的是它在材料中传播时的质量，我们称之为有效质量。在典型的金属中，如金或铜，该有效质量类似于自由电子的值。换句话说，电子的运动不受金属原子的强烈影响。相比之下，CeSiI包含具有“局部”磁矩的原子，其表现为原子级条形磁铁，被锁定在晶体中的特定位置。 当穿过这个特殊的微小磁铁灌木丛时，电子会减慢速度并显得很重。

一个很好的类比是用糖和水制作糖浆。在固体糖中，分子被锁定在适当的位置，而当你将糖溶解在水中时，分子可以像电子一样自由流动。当我们以正确的比例将糖和水混合时，由于水和糖之间的相互作用，我们会得到一种粘稠的、缓慢流动的糖浆。这与我们在CeSiI中看到的情况相似。电子变得更重（流动更慢），因为它们与磁矩相互作用。

许多量子力学和合成化学研究论文都集中在二维材料上。为什么 2D 如此令人兴奋？

一个原因是，当你深入到两个维度时，事情就会开始发生变化。可以这样想：如果我们有可以在三维空间中行驶的飞行汽车，我们将能够减少纽约的大部分交通。但是，由于我们现在的汽车只能在二维空间中行驶，因此我们最终在时代广场上遇到了巨大的交通拥堵。当我们从 3D 移动到 2D 时，电子也会发生同样的事情，但在我们的情况下，电子之间的“交通”是有益的！随着这些电子-电子相互作用变得更强，我们可以完全改变材料的性质。例如，随着3D重费米子材料厚度的减小（即当它们变得更加2D时），它们可以从磁性转变为超导性，这促使我们在2D极限下研究这些材料。

当电子被限制在二维而不是三维时，这些约束效应是在量子点中观察到的量子现象的延伸，量子点是尺寸只有几纳米的纳米晶体。（名誉教授路易斯·布鲁斯（Louis Brus）因发现量子点而获得今年的诺贝尔奖。虽然我们现在正在合成的2D材料仍然只有几纳米厚，但它们在其他维度上已经足够大，我们可以使用简单的显微镜亲眼看到它们！这使我们能够连接电线并直接测量穿过单个 2D 薄片的电子的电阻。这不仅使我们能够研究从维度限制中产生的新物理学，还意味着我们可以将这些材料转化为下一代计算技术甚至量子计算的电子元件。

当你不合成新材料时，你最喜欢做什么？

我喜欢跑步。我经常跑到维也纳体育场，这是哥伦比亚大学在曼哈顿上城英伍德的田径设施。有时我跑过乔治华盛顿大桥，去新泽西州的帕利塞德斯。有时我会在河滨公园跑步。中央公园人太多了;我喜欢一个人呆着。

而对于食物？

在附近，我和我的妻子喜欢和我们的儿子一起去Pisticci，尤其是在夏天，你可以坐在外面。

这是哥伦比亚的经典之作。我从来没有去过。

你必须走。