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迄今最純砷化鎵半導(dǎo)體面世 為進(jìn)一步探索量子現(xiàn)象鋪平道路

2021-11-10 08:13:43來源:科技日報(bào)   

美國普林斯頓大學(xué)研究人員在《自然·材料》雜志報(bào)告稱,他們研制出了世界上迄今最純凈的砷化鎵。該砷化鎵樣品的純度達(dá)到每100億個(gè)原子僅含有一個(gè)雜質(zhì),純度甚至超過了用于驗(yàn)證一千克標(biāo)準(zhǔn)的世界上最純凈的硅樣品。

砷化鎵是一種半導(dǎo)體,主要用于為手機(jī)和衛(wèi)星等提供電力。普林斯頓科學(xué)家研制出迄今最純凈的砷化鎵半導(dǎo)體樣品。

圖片來源:物理學(xué)家組織網(wǎng)新研究得到的砷化鎵樣品呈正方形,邊長與一塊橡皮擦的寬度相當(dāng),可用于深入探究電子的本質(zhì)。

為進(jìn)一步研究該超純樣品,研究人員將其冷凍到比太空溫度更低的溫度,隨后將其包裹起來置于強(qiáng)大的磁場中并施加電壓,讓電子穿越夾在材料晶體層之間的二維平面。當(dāng)他們降低磁場時(shí),發(fā)現(xiàn)了一系列令人驚訝的效應(yīng)。

當(dāng)電子排列成一種被稱為維格納晶體的晶格結(jié)構(gòu)時(shí),研究人員獲得了意外的發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家們此前認(rèn)為,要想讓維格納晶體出現(xiàn),需要極強(qiáng)的磁場——大約14特斯拉。該研究論文作者之一凱文·維萊加斯·羅薩萊斯說:“最新研究表明,電子可在不到1特斯拉的條件下結(jié)晶,不過,需要超高質(zhì)量的樣品才能看到這一現(xiàn)象。”

此外,研究小組還觀察到,系統(tǒng)電阻中的“振蕩”增加了約80%,分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的“激活間隙”變得更大。分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)是凝聚態(tài)物理和量子計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵課題,是凝聚態(tài)物理研究里最重要的成就之一,有望催生很多新奇的應(yīng)用。要解釋這個(gè)效應(yīng),需要用上量子物理領(lǐng)域最微妙的一些概念。分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)最初由美國普林斯頓大學(xué)的崔琦發(fā)現(xiàn),他因這一發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

研究人員稱,他們的結(jié)果表明,許多推動當(dāng)今最先進(jìn)物理學(xué)的現(xiàn)象都可在比以前認(rèn)為的弱得多的磁場下觀察到。較弱的磁場可使更多實(shí)驗(yàn)室研究隱藏在這種二維系統(tǒng)內(nèi)的神秘物理問題,為進(jìn)一步探索量子現(xiàn)象鋪平了道路。

總編輯圈點(diǎn):

高純度能改變很多事情。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究上,材料的純度對微電子學(xué)、光電子學(xué)性能影響很大。所以,很多現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè),不僅要求高純材料,還要求超純材料,將雜質(zhì)限制在一個(gè)近乎苛刻的范圍內(nèi)。科研人員這次制備出了迄今最高純度的砷化鎵,這是一種重要的半導(dǎo)體材料。他們意外發(fā)現(xiàn),電子在比預(yù)計(jì)更低的磁場中就可以結(jié)晶。一些奇妙的先進(jìn)的物理學(xué)現(xiàn)象,可以在不那么極致的環(huán)境中就觀測到,這也有助于相關(guān)基礎(chǔ)研究的推進(jìn)。(劉霞)

責(zé)任編輯:hnmd003

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