量子版龜兔賽跑 超原子半導體創下紀錄
編譯/高晟鈞
半導體,尤其是基於矽原子的電腦、手機是提供我們生活中電子設備的「核心元件」。儘管半導體已經無所不在,但它們也有侷限性。
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由於所有原子結構都會振動,並產生名為「聲子」(Phonon)的量子粒子。聲子會導致半導體中的電子-電洞對,在電子設備周圍攜帶能量與訊息,並以奈米和飛秒的速度散射,最終導致熱散失,並有可能降低數據傳輸速度。
量子版的龜兔賽跑
近期,由博士生Jack Tulyag領導的化學團隊,在《科學》雜誌上發表了迄今為止最快、最高效的半導體,一種名為Re6Se8Cl2的超原子材料。Re6Se8Cl2在與聲子接觸時不會發生散射,相反地,它可以與聲子結合產生稱為「聲激子」的新準粒子。
矽之所以成為理想的半導體,是因為電子能以極快的速度在其中穿梭。矽就像龜兔賽跑中的兔子般,跑得很快,但由於實際上的散射太多,導致它們並沒有想像中跑得那麼遠。相對而言,Re6Se8Cl2中的激子移動非常緩慢,但這種緩慢使其可以與聲子相遇並配對,產生重量較高的「準粒子」,並像烏龜般一樣緩慢但穩定的前進,並且不受聲子干擾,也不會發生散射,最終贏下了與「矽兔」的對決。
「就傳輸而言,Re6Se8Cl2是目前我們所最好的半導體。」指導教授Milan Delor說道。
半導體的探索仍在繼續
Re6Se8Cl2可以剝離成原子維度的片材,這一特性意味著它能很好地與其他材料結合,並開發出獨特的新性能。然而,Re6Se8Cl2分子中的Re是地球上最稀有的元素之一,造價極為昂貴,也限制其進入商業市場的可能性。
「這是唯一一種能夠實現室溫彈道激子運輸的材料。但我們現在正致力於研究其他材料的可能性。」
資料來源:Innovation
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