IT之家 7 月 20 日消息,来自美国麻省理工学院、加拿大渥太华大学等机构的科学家,利用一种名为三元碲铋矿(ternary tetradymite)的晶体材料研制出一种新型超薄晶体薄膜半导体。

据介绍,这种“薄膜”厚度仅 100 纳米,其中电子的迁移速度约为传统半导体的 7 倍从而创下新纪录。这一成果有助科学家研发出新型高效电子设备。相关论文已经发表于《今日材料物理学》杂志(IT之家附 DOI:10.1016/j.mtphys.2024.101486)。

据介绍,这种“薄膜”主要是通过“分子束外延技术”精细控制分子束并“逐个原子”构建而来的材料。这种工艺可以制造出几乎没有缺陷的材料,从而实现更高的电子迁移率(即电子在电场作用下穿过材料的难易程度)。

简单来说,当科学家向“薄膜”施加电流时,他们记录到了电子以 10000 cm²/V-s 的速度发生移动。相比之下,电子在“硅半导体”中的移动速度约为 1400 cm²/V-s,而在传统铜线中则要更慢。

这种超高的电子迁移率意味着更好的导电性。这反过来又为更高效、更强大的电子设备铺平了道路,这些设备产生的热量更少,浪费的能量更少。

研究人员将这种“薄膜”的特性比喻成“不会堵车的高速公路”,他们表示这种材料“对于更高效、更省电的电子设备至关重要,可以用更少的电力完成更多的工作”。

科学家们表示,潜在的应用包括将“废热”转换成电能的可穿戴式热电设备,以及利用电子自旋而不是电荷来处理信息的“自旋电子”设备。

科学家们通过将“薄膜”置于极寒磁场环境中来测量材料中的电子迁移率,然后通过对薄膜通电测量“量子振荡”。当然,这种材料即使只有微小的缺陷也会影响电子迁移率,因此科学家们希望通过改进薄膜的制备工艺来取得更好的结果。

麻省理工学院物理学家 Jagadeesh Moodera 表示:“这表明,只要能够适当控制这些复杂系统,我们就可以实现巨大进步。我们正朝着正确的方向前进,我们将进一步研究、不断改进这种材料,希望使其变得更薄,并用于未来的自旋电子学和可穿戴式热电设备。”

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