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科学家首次成功将超导体与半导体结合

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-08-11   来源:参考消息  浏览次数:158
据澳大利亚科学预警网站近日报道,科学家首次成功地将两种激动人心的材料结合在一起:一种是只有一个原子那么厚的超薄半导体,一种是能够以零电阻导电的超导体。
 
报道称,这两种材料都具有不同寻常和令人着迷的特性。研究人员通过精细的实验室制作过程将它们结合起来。由此,该团队希望在经典物理学和量子物理学领域开辟各种新的应用。
 
在这项研究中,研究人员取得了一片二硫化钼半导体,并将其添加到制作过程中。
 
报道指出,超导体能够以完美的效率传输电荷,在某个特定温度(通常是极低的温度)下电流不会转化为热量流失掉。在制作中,研究人员向有关装置中加入了一种名为钼铼的超导体。研究人员希望从他们的组合材料中观察到全新的物理现象。
 
瑞士巴塞尔大学物理学家安德烈亚斯·鲍姆格特纳说:“在超导体中,电子会像舞蹈中的伙伴那样结成对,从而产生怪异和奇妙的结果,比如电流在没有阻力的情况下流动。”
 
鲍姆格特纳说:“另一方面,在二硫化钼半导体中,电子会表演完全不同的舞蹈,这是一种奇怪的独舞。现在我们想弄清楚,如果将这些材料组合在一起,电子会跳怎样的新奇舞蹈。”
 
像该研究中所使用的这类超薄半导体目前是研究人员的一个热门研究课题:它们可以结合在一起,以形成全新的合成材料,被称为“范德瓦尔斯异质结构”。
 
这些结构有很多潜在的创新用途,比如能够用电场控制电子磁性。然而,很多这些潜力仍是理论上的,因为科学家不知道它们将会产生什么效应,也不知道它们能够制造什么设备。正因为如此,成功创造这种最新组合非常重要。
 
在这个最新的组合中,当把材料冷却到略高于绝对零度,研究团队发现了半导体层与超导体之间存在强耦合(即称为邻近效应的相互作用)的证据。
 
巴塞尔大学物理学家迈赫迪·拉米扎尼说:“强耦合是这些新的令人兴奋的物理现象中的关键因素,我们期待在这类范德瓦尔斯异质结构中看到这些现象,却从未能够证明。”
 
鉴于过去还没有人做到过,正如你所预料的,将半导体同超导体连结起来并不容易。半导体被放置在夹心层中,上面和下面都有绝缘层,而绝缘层顶部蚀刻的孔会提供电气接触通道。
 
超导材料会填满这些孔留下的缺口,这一过程是在一个充满氮气的小箱内完成的,以保护已经完成的系统不受损伤。研究人员在光学显微镜下使用遥控显微操作器完成制造。
 
鲍姆格特纳说:“我们的测量结果显示,制成这些混合式单层半导体元件确实是可能的——或许与其他更奇异的接触材料相结合也是可能的,这将为人们进一步认识有关现象铺平道路。”
 
这项研究发表在美国《纳米通讯》月刊上。
 
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