加快打造原始創新策源地,加快突破關鍵核心技術,努力搶占科技制高點,為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

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超原子半導體創下速度與效率紀錄

2023-10-27 科技日報 張佳欣
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半導體已經變得無處不在,但它們也有局限性。半導體中會產生激子(電子-空穴對),這意味著能量以熱的形式損失,信息傳輸是有速度限制的。發表在10月26日《科學》雜志的論文中,美國哥倫比亞大學化學家團隊描述了迄今為止速度最快、效率最高的半導體:一種名為Re6Se8Cl2的超原子材料。

任何材料的原子結構都會振動,從而產生被稱為聲子的量子粒子。激子則是由電子和空穴之間的相互作用引起的。聲子和激子可以相互作用,聲子的反作用可導致激子在電子設備周圍攜帶能量和信息,以納米和飛秒的速度散射,這就帶來了能量損失。

Re6Se8Cl2中的激子在與聲子接觸時不是散射,而是與聲子結合,產生新的準粒子,稱為聲激子-極化子。雖然極化子存在于許多物質中,但Re6Se8Cl2中的極化子有一種特殊的性質:它們能夠進行彈道流動或無散射流動。這種彈道行為可能意味著研制出更快速、更高效的設備。

在該團隊進行的實驗中,Re6Se8Cl2中的聲激子-極化子的移動速度是硅中電子的兩倍,在不到一納秒的時間內穿過了幾個微米的樣品??紤]到極化子的傳輸壽命可以持續大約11納秒,該團隊認為聲激子-極化子一次傳輸距離可覆蓋超過25微米。由于這些準粒子是由光而非電流和門控控制的,因此理論設備的處理速度有可能達到飛秒,這比目前的千兆赫電子器件可實現的納秒快6個數量級,且都是在室溫下進行的。

研究人員表示,就能量傳輸而言,至少到目前為止,Re6Se8Cl2是已知的最好的半導體。Re6Se8Cl2可被剝離成原子薄片,這一特征意味著它們可能會與其他類似材料結合起來,出現更多獨特的性質。然而,Re6Se8Cl2不太可能實現商用,因為其分子中的第一種元素——錸是地球上最稀有的元素之一,因此極其昂貴。

接下來的時間里,研究人員將利用先進成像技術研究Re6Se8Cl2為何能表現出如此非凡的行為。

打印 責任編輯:侯茜

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