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。

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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