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科學家首次成功將超導體與半導體結合

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-08-11   來源:參考消息  瀏覽次數:158
據澳大利亞科學預警網站近日報道,科學家首次成功地將兩種激動人心的材料結合在一起:一種是只有一個原子那么厚的超薄半導體,一種是能夠以零電阻導電的超導體。
 
報道稱,這兩種材料都具有不同尋常和令人著迷的特性。研究人員通過精細的實驗室制作過程將它們結合起來。由此,該團隊希望在經典物理學和量子物理學領域開辟各種新的應用。
 
在這項研究中,研究人員取得了一片二硫化鉬半導體,并將其添加到制作過程中。
 
報道指出,超導體能夠以完美的效率傳輸電荷,在某個特定溫度(通常是極低的溫度)下電流不會轉化為熱量流失掉。在制作中,研究人員向有關裝置中加入了一種名為鉬錸的超導體。研究人員希望從他們的組合材料中觀察到全新的物理現象。
 
瑞士巴塞爾大學物理學家安德烈亞斯·鮑姆格特納說:“在超導體中,電子會像舞蹈中的伙伴那樣結成對,從而產生怪異和奇妙的結果,比如電流在沒有阻力的情況下流動。”
 
鮑姆格特納說:“另一方面,在二硫化鉬半導體中,電子會表演完全不同的舞蹈,這是一種奇怪的獨舞?,F在我們想弄清楚,如果將這些材料組合在一起,電子會跳怎樣的新奇舞蹈。”
 
像該研究中所使用的這類超薄半導體目前是研究人員的一個熱門研究課題:它們可以結合在一起,以形成全新的合成材料,被稱為“范德瓦爾斯異質結構”。
 
這些結構有很多潛在的創新用途,比如能夠用電場控制電子磁性。然而,很多這些潛力仍是理論上的,因為科學家不知道它們將會產生什么效應,也不知道它們能夠制造什么設備。正因為如此,成功創造這種最新組合非常重要。
 
在這個最新的組合中,當把材料冷卻到略高于絕對零度,研究團隊發現了半導體層與超導體之間存在強耦合(即稱為鄰近效應的相互作用)的證據。
 
巴塞爾大學物理學家邁赫迪·拉米扎尼說:“強耦合是這些新的令人興奮的物理現象中的關鍵因素,我們期待在這類范德瓦爾斯異質結構中看到這些現象,卻從未能夠證明。”
 
鑒于過去還沒有人做到過,正如你所預料的,將半導體同超導體連結起來并不容易。半導體被放置在夾心層中,上面和下面都有絕緣層,而絕緣層頂部蝕刻的孔會提供電氣接觸通道。
 
超導材料會填滿這些孔留下的缺口,這一過程是在一個充滿氮氣的小箱內完成的,以保護已經完成的系統不受損傷。研究人員在光學顯微鏡下使用遙控顯微操作器完成制造。
 
鮑姆格特納說:“我們的測量結果顯示,制成這些混合式單層半導體元件確實是可能的——或許與其他更奇異的接觸材料相結合也是可能的,這將為人們進一步認識有關現象鋪平道路。”
 
這項研究發表在美國《納米通訊》月刊上。
 
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