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马元坤,当半导体粘在一同时,资料就会变成量子,怒火攻心

2019年05月05日 03:43:27     作者:admin     分类:国内时事     阅读次数:173    

由美国能源部劳伦斯·伯克利国家试验室(伯克利试验室)领导的一组研讨人员开发了一种简略的办法,能够将一般的半导体资料转变成量子机器——以特殊电子行为为特征的超薄设备。这样的前进能够协助许多致力于节能电子体系的职业发作革命性的改变,并为奇特的新物理学供给一个渠道。

描绘这种办法的研讨最近宣布在《天然》(Nature)杂志网络版上。这种办法将二维的二硫化钨和二烯化钨层叠加在一起,构成一种杂乱的图画资料,或称为超晶格。

“这是一个惊人的发现,由于咱们没有想到这些半导体资料具有很强的相互作用,”伯克利试验室资料科学部凝聚态物理学家、加州大学伯克利分校物理学教授王峰说。“现在这项作业把这些看似一般的半导体带到了量子资料范畴。”

二维(2D)资料只要一个原子那么厚,就像纳米巨细的积木,能够恣意堆叠,构成细小的设备。当两种二维资料的晶格相似且摆放杰出时,就会构成一种称为莫尔超晶格的重复图画。

在曩昔的十年里,研讨人员一直在研讨怎么将不同的2D资料结合起来,一般从石墨烯开端。石墨烯是一种以高效导热和导电而出名的资料。在这项作业之外,其他研讨人员还发现,石墨烯构成的莫尔超晶格具有奇特的物理特性,比方当层以适宜的视点摆放时,就会发生超导性。

由王领导的这项新研讨运用了半导体资料的2D样品——二硫化钨和二硒化钨——来标明,层与层之间的扭转角供给了一个“调谐旋钮”,能够将2D半导体体系转变为具有高度相互作用电子的奇特量子资料。


进入一个新的物理范畴


位联席作者Chenhao金、博士后学者和艾玛·里根研讨生研讨员,两人作业在王超速的纳米光学集团在加州大学伯克利分校,制作二硫化钨和钨联硒化物样本运用聚合物技能和转让片的资料,每一颗仅有数十微米直径成一个仓库。

他们为之前的研讨制作了相似的资料样本,但两层资料并没有以特定的视点堆叠在一起。当他们丈量一种新的二硫化钨和二硒化钨样品的光学吸收时,他们彻底被震动了。

在二硫化钨/二硒化钨器材中,当光具有与体系激子相同的能量时,可见光的吸收最大。激子是一种准粒子,由一个电子与二维半导体中常见的空穴结合而成。(在物理学中,空穴是电子能够占有的一种当时的空穴状况。)

关于研讨人员正在考虑的能量范围内的光,他们期望在对应于激子能量的信号中看到一个峰值。

相反,他们发现他们预期看到的原始峰现已分裂成三个不同的峰,代表三个不同的激子态。

是什么使二硫化钨/钨器材中的激子态从一种增加到三种?是莫尔超晶格的参加吗?

为了找到答案,他们的合作者以Yan和Alex Zettl为方针,在伯克利试验室的分子铸造厂(一个纳米级的科学研讨设备)运用透射电子显微镜(TEM)拍照了二硫化钨/二烯化钨设备的原子分辨率图画,以查看资料的晶格是怎么摆放的。

TEM图画证明了他们一直以来的猜想:这些物质的确构成了莫尔超晶格。“咱们在整个样本中看到了美丽的、重复的图画,”里根说。“在将试验调查结果与理论模型进行比较后,咱们发现莫尔条纹会周期性地在器材上引进大势能,因而能够引进奇特的量子现象。”

研讨人员下一步方案丈量这个新的量子体系怎么使用于光电子学,这与光在电子中的使用有关;valleytronics,一个能够经过使电子元件小型化来扩展摩尔定律极限的范畴;和超导性,这将答应电子在几乎没有电阻的设备中活动。

来自亚利桑那州立大学和日本国立资料科学研讨所的研讨人员也参加了这项研讨。

这项作业得到了美国能源部科学办公室的支撑。美国国家科学基金会(National Science Foundation)、美国国防部(Department of Defense)以及日本MEXT和日本KAKENHI jsp施行的根本战略方案(Elemental Strategy Initiative)也供给了额定的资金。分子铸造是美国能源部科学用户设备办公室。

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