澳媒：超導(dǎo)體與半導(dǎo)體首次成功結(jié)合

據(jù)澳大利亞科學(xué)預(yù)警網(wǎng)站7月8日?qǐng)?bào)道，科學(xué)家首次成功地將兩種激動(dòng)人心的材料結(jié)合在一起：一種是只有一個(gè)原子那么厚的超薄半導(dǎo)體，一種是能夠以零電阻導(dǎo)電的超導(dǎo)體。

報(bào)道稱，這兩種材料都具有不同尋常和令人著迷的特性。研究人員通過(guò)精細(xì)的實(shí)驗(yàn)室制作過(guò)程將它們結(jié)合起來(lái)。由此，該團(tuán)隊(duì)希望在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟各種新的應(yīng)用。

在這項(xiàng)研究中，研究人員取得了一片二硫化鉬半導(dǎo)體，并將其添加到制作過(guò)程中。

報(bào)道指出，超導(dǎo)體能夠以完美的效率傳輸電荷，在某個(gè)特定溫度（通常是極低的溫度）下電流不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量流失掉。在制作中，研究人員向有關(guān)裝置中加入了一種名為鉬錸的超導(dǎo)體。研究人員希望從他們的組合材料中觀察到全新的物理現(xiàn)象。

瑞士巴塞爾大學(xué)物理學(xué)家安德烈亞斯·鮑姆格特納說(shuō)：“在超導(dǎo)體中，電子會(huì)像舞蹈中的伙伴那樣結(jié)成對(duì)，從而產(chǎn)生怪異和奇妙的結(jié)果，比如電流在沒(méi)有阻力的情況下流動(dòng)?！?/p>

鮑姆格特納說(shuō)：“另一方面，在二硫化鉬半導(dǎo)體中，電子會(huì)表演完全不同的舞蹈，這是一種奇怪的獨(dú)舞?，F(xiàn)在我們想弄清楚，如果將這些材料組合在一起，電子會(huì)跳怎樣的新奇舞蹈?！?/p>

像該研究中所使用的這類超薄半導(dǎo)體目前是研究人員的一個(gè)熱門研究課題：它們可以結(jié)合在一起，以形成全新的合成材料，被稱為“范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)”。

這些結(jié)構(gòu)有很多潛在的創(chuàng)新用途，比如能夠用電場(chǎng)控制電子磁性。然而，很多這些潛力仍是理論上的，因?yàn)榭茖W(xué)家不知道它們將會(huì)產(chǎn)生什么效應(yīng)，也不知道它們能夠制造什么設(shè)備。正因?yàn)槿绱?，成功?chuàng)造這種最新組合非常重要。

在這個(gè)最新的組合中，當(dāng)把材料冷卻到略高于絕對(duì)零度，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體層與超導(dǎo)體之間存在強(qiáng)耦合（即稱為鄰近效應(yīng)的相互作用）的證據(jù)。

巴塞爾大學(xué)物理學(xué)家邁赫迪·拉米扎尼說(shuō)：“強(qiáng)耦合是這些新的令人興奮的物理現(xiàn)象中的關(guān)鍵因素，我們期待在這類范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中看到這些現(xiàn)象，卻從未能夠證明。”

鑒于過(guò)去還沒(méi)有人做到過(guò)，正如你所預(yù)料的，將半導(dǎo)體同超導(dǎo)體連結(jié)起來(lái)并不容易。半導(dǎo)體被放置在夾心層中，上面和下面都有絕緣層，而絕緣層頂部蝕刻的孔會(huì)提供電氣接觸通道。

超導(dǎo)材料會(huì)填滿這些孔留下的缺口，這一過(guò)程是在一個(gè)充滿氮?dú)獾男∠鋬?nèi)完成的，以保護(hù)已經(jīng)完成的系統(tǒng)不受損傷。研究人員在光學(xué)顯微鏡下使用遙控顯微操作器完成制造。

鮑姆格特納說(shuō)：“我們的測(cè)量結(jié)果顯示，制成這些混合式單層半導(dǎo)體元件確實(shí)是可能的——或許與其他更奇異的接觸材料相結(jié)合也是可能的，這將為人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)有關(guān)現(xiàn)象鋪平道路。”

這項(xiàng)研究發(fā)表在美國(guó)《納米通訊》月刊上。