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

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

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27947-5

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