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科学家实现将半导体“翻转”成绝缘体,或将带来更高效的量子设备

前瞻网 2022-01-21 19:10

 

 

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近日,密歇根大学的科学家开发出了一种半导体材料,可在室温以上的条件下 “翻转”成绝缘体。该项成果,或将使世界更接近新一代的量子设备和超高效电子设备

此前,科学家在只有一个原子厚的硫化钽二维结构中观察到,支持这种量子翻转的奇异电子结构只能在 -73摄氏度的超冷温度下稳定。然而,新半导体材料可在高达76摄氏度的温度下保持稳定。

研究作者Robert Hovden说:“奇异的量子特性—比如从导体切换到绝缘体的能力—可能是下一代计算的关键。它提供了更多存储信息的方法和更快的状态切换,这可能会导致出现更强大、更节能的设备。”

今天的电子产品使用微型电子开关来存储数据,断电后数据就会消失。未来的设备可以使用其他材料,例如“导体”或“绝缘体”来存储数字数据,只需要快速的能量就可以在状态之间切换,而不是稳定的电流。

本次研究的重点就是使半导体材料在室温以上的条件下“翻转”成绝缘体,而不是此前所必须的超冷温度。该团队首先制作了几个夹在一起的单原子厚的硫化钽层样品,每一层都是处于所谓八面体状态的半导体。虽然存在一些电荷密度波,但它们过于不稳定和无序,无法产生导体-绝缘体翻转等奇异行为。

但是,随着样品的加热,硫化钽层开始一层一层地切换到“棱柱”状态-相同原子的不同排列。然后,科学家将该样品冷却回室温。他们发现,八面体状态的层显示出有序而稳定的电荷密度波,并且在76摄氏度的温度下保持这种状态。这说明,这些层已经从半导体转变为绝缘体。

研究人员表示,他们正在深入研究这一现象,通过调整更多的过程变量和测试机制,以控制由电荷密度波激发的奇异行为。

该研究论文题为“Two-dimensional charge order stabilized in clean polytype heterostructures”,已发表在Nature Communications上。

前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4162SKX

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